UNIX Domain Socket IPC http://learn.akae.cn/media/ch37s04.html

墨蓝 2022-08-06 17:02 12阅读 0赞

socket API原本是为网络通讯设计的，但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制，就是UNIX Domain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯（通过loopback地址127.0.0.1），但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为，IPC机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口，类似于TCP和UDP，但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。

UNIX Domain Socket是全双工的，API接口语义丰富，相比其它IPC机制有明显的优越性，目前已成为使用最广泛的IPC机制，比如X Window服务器和GUI程序之间就是通过UNIX Domain Socket通讯的。

使用UNIX Domain Socket的过程和网络socket十分相似，也要先调用socket()创建一个socket文件描述符，address family指定为AF\_UNIX，type可以选择SOCK\_DGRAM或SOCK\_STREAM，protocol参数仍然指定为0即可。

UNIX Domain Socket与网络socket编程最明显的不同在于地址格式不同，用结构体sockaddr\_un表示，网络编程的socket地址是IP地址加端口号，而UNIX Domain Socket的地址是一个socket类型的文件在文件系统中的路径，这个socket文件由bind()调用创建，如果调用bind()时该文件已存在，则bind()错误返回。

以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。

\#include  
\#include  
\#include  
\#include  
\#include

int main(void)  
\{  
int fd, size;  
struct sockaddr\_un un;

memset(&un, 0, sizeof(un));  
un.sun\_family = AF\_UNIX;  
strcpy(un.sun\_path, "foo.socket");  
if ((fd = socket(AF\_UNIX, SOCK\_STREAM, 0)) < 0) \{  
perror("socket error");  
exit(1);  
\}  
size = offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path) + strlen(un.sun\_path);  
if (bind(fd, (struct sockaddr \*)&un, size) < 0) \{  
perror("bind error");  
exit(1);  
\}  
printf("UNIX domain socket bound/n");  
exit(0);  
\}

注意程序中的offsetof宏，它在stddef.h头文件中定义：

\#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((int)&((TYPE \*)0)->MEMBER)

offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path)就是取sockaddr\_un结构体的sun\_path成员在结构体中的偏移，也就是从结构体的第几个字节开始是sun\_path成员。想一想，这个宏是如何实现这一功能的？

该程序的运行结果如下。

$ ./a.out  
UNIX domain socket bound  
$ ls -l foo.socket  
srwxrwxr-x 1 user 0 Aug 22 12:43 foo.socket  
$ ./a.out  
bind error: Address already in use  
$ rm foo.socket  
$ ./a.out  
UNIX domain socket bound

以下是服务器的listen模块，与网络socket编程类似，在bind之后要listen，表示通过bind的地址（也就是socket文件）提供服务。

\#include  
\#include  
\#include  
\#include

\#define QLEN 10

/\*  
\* Create a server endpoint of a connection.  
\* Returns fd if all OK, <0 on error.  
\*/  
int serv\_listen(const char \*name)  
\{  
int fd, len, err, rval;  
struct sockaddr\_un un;

/\* create a UNIX domain stream socket \*/  
if ((fd = socket(AF\_UNIX, SOCK\_STREAM, 0)) < 0)  
return(-1);  
unlink(name); /\* in case it already exists \*/

/\* fill in socket address structure \*/  
memset(&un, 0, sizeof(un));  
un.sun\_family = AF\_UNIX;  
strcpy(un.sun\_path, name);  
len = offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path) + strlen(name);

/\* bind the name to the descriptor \*/  
if (bind(fd, (struct sockaddr \*)&un, len) < 0) \{  
rval = -2;  
goto errout;  
\}  
if (listen(fd, QLEN) < 0) \{ /\* tell kernel we're a server \*/  
rval = -3;  
goto errout;  
\}  
return(fd);

errout:  
err = errno;  
close(fd);  
errno = err;  
return(rval);  
\}

以下是服务器的accept模块，通过accept得到客户端地址也应该是一个socket文件，如果不是socket文件就返回错误码，如果是 socket文件，在建立连接后这个文件就没有用了，调用unlink把它删掉，通过传出参数uidptr返回客户端程序的user id。

\#include  
\#include  
\#include  
\#include  
\#include

int serv\_accept(int listenfd, uid\_t \*uidptr)  
\{  
int clifd, len, err, rval;  
time\_t staletime;  
struct sockaddr\_un un;  
struct stat statbuf;

len = sizeof(un);  
if ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr \*)&un, &len)) < 0)  
return(-1); /\* often errno=EINTR, if signal caught \*/

/\* obtain the client's uid from its calling address \*/  
len -= offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path); /\* len of pathname \*/  
un.sun\_path\[len\] = 0; /\* null terminate \*/

if (stat(un.sun\_path, &statbuf) < 0) \{  
rval = -2;  
goto errout;  
\}

if (S\_ISSOCK(statbuf.st\_mode) == 0) \{  
rval = -3; /\* not a socket \*/  
goto errout;  
\}

if (uidptr != NULL)  
\*uidptr = statbuf.st\_uid; /\* return uid of caller \*/  
unlink(un.sun\_path); /\* we're done with pathname now \*/  
return(clifd);

errout:  
err = errno;  
close(clifd);  
errno = err;  
return(rval);  
\}

以下是客户端的connect模块，与网络socket编程不同的是，UNIX Domain Socket客户端一般要显式调用bind函数，而不依赖系统自动分配的地址。客户端bind一个自己指定的socket文件名的好处是，该文件名可以包含客户端的pid以便服务器区分不同的客户端。

\#include  
\#include  
\#include  
\#include  
\#include  
\#include

\#define CLI\_PATH "/var/tmp/" /\* +5 for pid = 14 chars \*/

/\*  
\* Create a client endpoint and connect to a server.  
\* Returns fd if all OK, <0 on error.  
\*/  
int cli\_conn(const char \*name)  
\{  
int fd, len, err, rval;  
struct sockaddr\_un un;

/\* create a UNIX domain stream socket \*/  
if ((fd = socket(AF\_UNIX, SOCK\_STREAM, 0)) < 0)  
return(-1);

/\* fill socket address structure with our address \*/  
memset(&un, 0, sizeof(un));  
un.sun\_family = AF\_UNIX;  
sprintf(un.sun\_path, "%s%05d", CLI\_PATH, getpid());  
len = offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path) + strlen(un.sun\_path);

unlink(un.sun\_path); /\* in case it already exists \*/  
if (bind(fd, (struct sockaddr \*)&un, len) < 0) \{  
rval = -2;  
goto errout;  
\}

/\* fill socket address structure with server's address \*/  
memset(&un, 0, sizeof(un));  
un.sun\_family = AF\_UNIX;  
strcpy(un.sun\_path, name);  
len = offsetof(struct sockaddr\_un, sun\_path) + strlen(name);  
if (connect(fd, (struct sockaddr \*)&un, len) < 0) \{  
rval = -4;  
goto errout;  
\}  
return(fd);

errout:  
err = errno;  
close(fd);  
errno = err;  
return(rval);  
\}

下面是自己动手时间，请利用以上模块编写完整的客户端/服务器通讯的程序。