UNIX Domain Socket IPC

转自：http://learn.akae.cn/media/ch37s04.html
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 <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>

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 <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.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);
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 <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>

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 <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/stat.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);

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。

转自：http://www.linuxgraphics.cn/gui/ipc_unix_socket.html
进程间通信之 Unix Domain Socket
作者: 刘鹏
日期: 2008-10-20
本文介绍了 Unix Domaiin Socket 这种进程间通信方式，详细描述了具体流程、函数接口，并给出了示例代码。
简介
GUI 系统中本机的客户/服务器结构通常基于 Unix Domain Socket 来实现。如X window 系统中，X11 客户在连接到 X11 服务器之前，首先根据 Display 等环境变量的设置来判断 X11 服务器所在的主机，如果主机是同一台主机，则会使用 UNIX Domain Socket 连接到服务器。
Unix Domain Socket 基本流程
利用 Unix Domain Socket 进行通信的基本流程如下图所示：

基本流程
socket
socket() creates an endpoint for communication and returns a descriptor.
bind
bind() gives the socket sockfd the local address my_addr. It is normally necessary to assign a local address using bind() before a SOCK_STREAM socket may receive connections.
listen
To accept connections, a socket is first created with socket (), a willingness to accept incoming connections and a queue limit for incoming connections are specified with listen(), and then the connections are accepted with accept. The listen() call applies only to sockets of type SOCK_STREAM or SOCK_SEQPACKET.
accept
The accept() system call is used with connection-based socket types (SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET). It extracts the first connection request on the queue of pending connections, creates a new connected socket, and returns a new file descriptor referring to that socket.
connect
The connect() system call connects the socket referred to by the file descriptor sockfd to the address specified by serv_addr.
read 和 write
相互通信的两个进程建立连接后，通过函数 read 和 write 完成数据的读写。
在读与写的两个进程之间，操作系统内核提供了一个数据缓冲区；调用 write 函数写数据时，数据被写入数据缓冲区；调用 read 函数读数据时，从缓冲区读 取数据。当缓冲区空时，read 函数将等待，直到缓冲区有数据为止。当缓冲区满时，write 函数等待，直到缓冲区有空闲空间为止。
与 select 配合使用
Unix Domain Socket 编程经常与 select 配合使用，select 函数负责监听套接字，当有连接请求或者现有连接有数据要读写时，调 用 accept 函数接受连接请求并建立连接，调用 read/write 完成数据读写。
通过使用 fdsets 及其接口可实现 select 对多个文件描述符的监听，select 返回处于 ready 状态的文件描述符个数，通过 FD_ISSET 接口判断某个文件描 述符是否 ready。
示例代码
socket.tar.gz 该代码实现了两个进程用 Unix Domain Socket 互相读写数 据。