实操指南：如何在Unix系统中通过域套接字实现进程间通信（IPC之九）

创建 UNIX Socket

#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>

unix_socket = socket(AF_UNIX, type, 0);

• type 可以是：
  • SOCK_STREAM：面向连接的数据流传输；
  • SOCK_DGRAM：面向无连接的数据报传输；
  • SOCK_SEQPACKET：面向连接的顺序数据包传输，可以按照发送的顺序传递消息；

绑定一个文件路径

• 一个命名的 UNIX domain socket 必须绑定到一个路径下；

• 在 IPv4 下，Internet Socket 绑定 IP 地址和端口时，使用 struct sockaddr_in，在 Unix Socket 上绑定文件路径时需要使用结构 struct sockaddr_un

  struct sockaddr_un {
      sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */
      char        sun_path[108];            /* Pathname */
  };
  

  • sun_family 一定是 AF_UNIX
  • sun_path 指向一个文件路径，比如 /tmp/unix_socket

• bind()

  #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
  #include <sys/socket.h>
  
  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  

  • sockfd 是使用 socket() 建立的 UNIX Socket；
  • addr 指向 struct sockaddr_un 的指针

下面代码片段创建了一个 socket 并绑定到了一个文件路径上

......
int unix_sock;
struct sockaddr_un serveraddr;

unix_sock = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(serveraddr.sun_path, "/tmp/unix_socket");

bind(unix_sock, (struct sockaddr *)&serveraddr, SUN_LEN(&serveraddr));
......

建议使用宏 SUN_LEN(addr) 来计算填好文件路径的 struct sockaddr_un 的长度，因为其中的 sun_path 字段是不定长的，这个宏可以帮助我们计算出正确的结果，宏 SUN_LEN(addr) 定义在头文件 sys/un.h 中；

当把一个 socket 绑定到一个文件上时，在文件系统上，这个文件会真实存在，但是这个文件不能使用 open() 打开，而只能使用 socket() 打开；

建议在使用完一个命名 UNIX domain socket 后，显式地使用 unlink() 或者 remove() 将其删除，避免其残留在文件系统中；

尽管我们的例子中使用的文件名在 /tmp/ 目录下，但在实际应用中我们并不建议这样做，因为 /tmp/ 目录是任何人都可以读写的，这可能会带来一些安全隐患，通常可以把这个文件建立在项目所在的目录下，相对比较安全；

当我们用 bind() 将一个文件绑定到 socket 上时，相应的文件将被建立，该文件的默认权限为所绑定的 socket 的权限，通常情况下使用 socket() 建立的 socket 的权限是 0777，可以使用 fstat 获得，但这时建立的 socket 文件的默认属性是 0775；

如果我们在 bind() 之前先使用 fchmod() 修改 socket 的权限，那么再使用 bind() 绑定一个文件时，其建立的文件的权限也会产生变化，下面这段代码可以演示这种权限的变化；

......
#define SOCK_NAME       "./unix_socket.sock"
......
int sockfd;
struct sockaddr_un addr;
struct stat sock_stat;

sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
fchmod(sockfd, 0660);

memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_un));
addr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(addr.sun_path, SOCK_NAME);
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, SUN_LEN(&addr));

system("ls -l unix_socket.sock");
......

这段代码在当前目录下生成的 socket 文件的权限为 0660，最后一行的 system("ls -l") 显示的文件清单将清楚地显示出来，你可以尝试一下，如果没有 fchmod() 这行代码，生成的文件的权限为 0775；

使用 ls -l 显示文件清单时，该文件的前面有一个 s 标志，表示这是一个 socket 文件；

socket 以及 socket 文件是可以使用 stat()、fstat() 获取属性，同时可以使用 chmod()、fchmod() 来改变权限的；

改变一个 socket 文件权限的意义在于安全性，因为其它进程是需要通过 socket 文件来使用这个 UNIX domain socket 的，那么这个进程必须要有相应的权限才行；

可以使用 read()/write()、send()/recv()、sendto()/recvfrom()、sendmsg()/recvmsg() 来发送和接收数据，与 Internet Socket 下的使用方法无大的差异；

read()/write()

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

• 这对函数是文件的读/写函数，因为 socket 返回的是标准的文件描述符，所以可以使用这两个函数进行接收和发送数据；
• 这对函数通常仅用于面向连接的 socket，也就是通常不用于 SOCK_DGRAM 类型的 socket；
• 这对函数是比较简单的，write() 基本不会出错；
• 使用 read() 接收数据时可能会有阻塞问题，当使用 SOCK_STREAM 时，可能还有粘包问题，不过这些问题在 Internet Socket 的 TCP 编程中也是一样存在的，并不是 UNIX Socket 所特有的，如果有这方面的问题，请参考有关资料；

recv()/send()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

• 这对函数理论上既可以用于有连接的 socket(AF_STREAM)，也可以用于无连接的 socket(AF_DGRAM)，但通常仅用于面向连接的 socket，也就是通常不用于 SOCK_DGRAM 类型的 socket；
• 与 read()/write() 相比，这对函数多了一个参数 flags
• 在使用 send() 发送数据时，绝大多数情况下，flags 都可以设置为 0，最常用的 falgs 设置是 MSG_DONTWAIT，但对于向 UNIX Socket 发送数据而言，如果发送的数据不是很大，是不可能产生阻塞的，所以不需要设置 MSG_DONTWAIT；
• 在使用 recv() 接收数据时，当 socket 上没有数据时，会产生阻塞，如果不希望阻塞，可以设置 flags 为 MSG_DONTWAIT，这样可以让程序有更好的适应性；
• 在使用 recv() 接收数据时，与 Internet Socket 的 TCP 编程一样，可能出现"粘包"问题，请参考相关资料；

recvfrom()/sendto()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, 
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

• 这对函数通常多用于面向无连接的 socket，也就是通常仅用于 SOCK_DGRAM 类型的 socket；

• 在 Internet Socket 的 UDP 编程中，需要使用 struct sockaddr_in 设置对端的 IP 地址和端口，而 UNIX Socket 要使用 struct sockaddr_un 来设置对端的文件路径；

• 源程序：sendto-recvfrom.c(点击文件名下载源程序)演示了如何使用 sendto() 和 recvfrom() 进行面向报文的进程间通信；

• 编译：gcc -Wall -g sendto-recvfrom.c -o sendto-recvfrom

• 运行：./sendto-recvfrom

• 运行截图：