Linux本地套接字(IPC)

简介: Linux本地套接字(IPC)

本地套接字


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UNIXDomain 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。


对比网络套接字地址结构和本地套接字地址结构:


struct sockaddr_in {
__kernel_sa_family_t sin_family;      /* Address family */    地址结构类型
__be16 sin_port;            /* Port number */   端口号
struct in_addr sin_addr;          /* Internet address */  IP地址
};
struct sockaddr_un {
__kernel_sa_family_t sun_family;    /* AF_UNIX */     地址结构类型
char sun_path[UNIX_PATH_MAX];     /* pathname */    socket文件名(含路径)
};


以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。


  size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
  #define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->MEMBER)


代码


server


/*************************************************************************
    > File Name: server.c
    > Author: 杨永利
    > Mail: 1795018360@qq.com 
    > Created Time: 2020年10月30日 星期五 23时18分39秒
 ************************************************************************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#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);
  /* in case it already exists */
  unlink(name);
  /* 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);
}
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 */
  /* we're done with pathname now */
  unlink(un.sun_path);
  return(clifd);
errout:
  err = errno;
  close(clifd);
  errno = err;
  return(rval);
}
int main(void)
{
  int lfd, cfd, n, i;
  uid_t cuid;
  char buf[1024];
  lfd = serv_listen("foo.socket");
  if (lfd < 0) {
    switch (lfd) {
      case -3:perror("listen"); break;
      case -2:perror("bind"); break;
      case -1:perror("socket"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  cfd = serv_accept(lfd, &cuid);
  if (cfd < 0) {
    switch (cfd) {
      case -3:perror("not a socket"); break;
      case -2:perror("a bad filename"); break;
      case -1:perror("accept"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  while (1) {
r_again:
    n = read(cfd, buf, 1024);
    if (n == -1) {
    if (errno == EINTR)
    goto r_again;
  }
  else if (n == 0) {
    printf("the other side has been closed.\n");
    break;
  }
  for (i = 0; i < n; i++)
    buf[i] = toupper(buf[i]);
    write(cfd, buf, n);
  }
  close(cfd);
  close(lfd);
  return 0;
}


client


/*************************************************************************
    > File Name: client.c
    > Author: 杨永利
    > Mail: 1795018360@qq.com 
    > Created Time: 2020年10月30日 星期五 23时18分59秒
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>
#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);
  /* in case it already exists */
  unlink(un.sun_path);
  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);
}
int main(void)
{
  int fd, n;
  char buf[1024];
  fd = cli_conn("foo.socket");
  if (fd < 0) {
    switch (fd) {
      case -4:perror("connect"); break;
      case -3:perror("listen"); break;
      case -2:perror("bind"); break;
      case -1:perror("socket"); break;
    }
    exit(-1);
  }
  while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {
    write(fd, buf, strlen(buf));
    n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    write(STDOUT_FILENO, buf, n);
  }
  close(fd);
  return 0;
}
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