《网络编程》Unix 域套接字

概述

Unix 域套接字是一种client和server在单主机上的 IPC 方法。Unix 域套接字不运行协议处理，不须要加入或删除网络报头，无需验证和，不产生顺序号，无需发送确认报文，比因特网域套接字的效率更高。Unix 域套接字提供字节流（类似于 TCP）和数据报（类似于 UDP）两种接口，UNIX域数据报服务是可靠的，既不会丢失消息也不会传递出错。UNIX域套接字是套接字和管道之间的混合物。

Unix 域套接字编程

地址结构：

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

存放在 sun_path 数组中的路径名必须以空字符结尾。以下是把一个路径名绑定到 Unix 域套接字上实现的程序：

/* 创建一个Unix域套接字，并bind一个路径名 */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>

extern void err_sys(const char *, ...);
extern void err_quit(const char *, ...);
int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, size;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_un addr1, addr2;

    if(argc != 2)
        err_quit("usage: %s <pathname>", argv[0]);

    bzero(&addr1, sizeof(addr1));
    addr1.sun_family = AF_UNIX;

    strncpy(addr1.sun_path, argv[1], sizeof(addr1.sun_path)-1);

    /* 创建一个Unix域套接字 */
    if( (sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        err_sys("socket error");

    /* 若路径名在文件系统已存在，则bind会出错；所以先调用unlink删除要绑定的路径名，防止bind出错 */
    unlink(argv[1]);

    /* 将路径名bind绑定到该套接字上 */
    size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(addr1.sun_path);
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr1, size) < 0)
        err_sys("bind error");

    /* 显示已绑定的路径名 */
    len = sizeof(addr2);
    getsockname(sockfd, (struct sockaddr *)&addr2, &len);
    printf("bound name = %s, returned len = %d\n", addr2.sun_path, len);

    exit(0);
}

$ ./main /tmp/sock
bound name = /tmp/sock, returned len = 12

/*当该路径名存在，且不使用unlink函数时，会出现下面提示*/
$ ./main /tmp/sock
bind error: Address already in use

为了创建一对非命名的，相互连接的 UNXI 域套接字，用户能够使用socketopair函数。事实上现例如以下：

#include <sys/socket.h>
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sockfd[2]);
/* 返回值：若成功则返回0，出错则返回-1 */
/* 说明
* 參数 domain 必须是 AF_LOCAL 或 AF_UNIX，protocol 必须为 0，type 能够是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM，新创建的两个套接字描写叙述符作为sockfd[0]和sockfd[1]返回；

Unix 域套接字函数

与因特网域套接字相比，Unix 域套接字有下面的差别：

1. 由 bind 创建的路径名默认訪问权限应为 0777，并按当前 umask 值进行改动；
2. 路径名必须是一个绝对路径名，避免使用相对路径名。由于它的解析依赖于调用者的当前工作文件夹，若server绑定的是一个相对路径名，则client和server必须在同样的文件夹才干正常工作；
3. 在 connect 调用中指定的路径名必须是一个当前绑定在某个已打开的 Unix 域套接字上的路径名，并且套接字类型必须一致；
4. 调用 connect 连接一个 Unix 域套接字涉及的权限測试等价于调用 open 以仅仅写方式訪问对应的路径名；
5. Unix 域字节流套接字类似于 TCP 套接字：它们都为进程提供一个无记录边界的字节流接口；
6. 在 Unix 域字节流套接字中，若 connect 调用时发现监听套接字的队列已满，则马上返回 ECONNREFUSED 错误。而 TCP 套接字遇到这样的情况，TCP 监听套接字忽略这些到达的 SYN 连接请求，TCP client则会重发数次 SYN 报文段；
7. Unix 域数据报套接字类似于 UDP 套接字：它们都提供一个保留记录边界的不可靠数据报；
8. 为一个未绑定路径名的 Unix 套接字发送数据时，不会自己主动给该套接字绑定一个路径名。而 UDP 套接字在给一个未绑定的 UDP 套接字发送数据时，会自己主动为其绑定一个暂时port；

Unix 域字节流编程

server程序：

#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/un.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>

#define QLEN 1024
typedef void Sigfunc(int);

extern void err_sys(const char *, ...);
extern void err_quit(const char *, ...);
extern void str_echo(int);
static Sigfunc *MySignal(int signo, Sigfunc *func);
static Sigfunc *M_signal(int signo, Sigfunc *func);
static void sig_chld(int);

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, conndfd, size;
    socklen_t len;
    pid_t childpid;
    struct sockaddr_un cliaddr, servaddr;

    if(argc != 2)
        err_quit("usage: %s <pathname>", argv[0]);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sun_family = AF_UNIX;

    strcpy(servaddr.sun_path, argv[1]);

    /* 创建一个Unix域套接字 */
    if( (sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        err_sys("socket error");

    /* 若路径名在文件系统已存在，则bind会出错；所以先调用unlink删除要绑定的路径名，防止bind出错 */
    unlink(argv[1]);

    /* 将路径名bind绑定到该套接字上 */
    size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(servaddr.sun_path);
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, size) < 0)
        err_sys("bind error");

    /* 监听套接字 */
    if(listen(sockfd, QLEN) < 0)
    {
        close(sockfd);
        err_sys("listen error");
    }

    /* 信号处理 */
    MySignal(SIGCHLD, sig_chld);

    for( ; ;)
    {
        len = sizeof(cliaddr);
        if( (conndfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len)) < 0)
        {
            if(errno == EINTR)
                continue;
            else
                err_sys("accept error");
        }
    }

    if( (childpid = fork()) == 0)
    {
        close(sockfd);
        str_echo(conndfd);
        exit(0);
    }
    close(conndfd);
}

void sig_chld(int signo)
{
    pid_t pid;
    int stat;
    while( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
        printf("child %d terminated\n", pid);
    return;
}
static Sigfunc *MySignal(int signo, Sigfunc *func)
{
    Sigfunc *sigfunc;
    if( (sigfunc = M_signal(signo, func)) == SIG_ERR)
        err_sys("signal error");
    return (sigfunc);
}

static Sigfunc *M_signal(int signo, Sigfunc *func)
{
    struct sigaction act, oact;

    /* 设置信号处理函数 */
    act.sa_handler = func;
    /* 初始化信号集 */
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags = 0;
    if(signo == SIGALRM)
    {/* 若是SIGALRM信号，则系统不会自己主动重新启动 */
#ifdef SA_INTERRUPT
        act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
#endif
    }
    else
    {/* 其余信号设置为系统会自己主动重新启动 */
#ifdef SA_RESTART
        act.sa_flags |= SA_RESTART;
#endif
    }
    /* 调用 sigaction 函数 */
    if(sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
        return(SIG_ERR);
    return(oact.sa_handler);
}

client程序：

#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

extern void err_sys(const char *, ...);
extern void err_quit(const char *, ...);
extern void str_cli(FILE *, int);

int
main(int argc, char **argv)
{
	int					sockfd;
	struct sockaddr_un	servaddr;

    if(argc != 2)
        err_quit("usage: %s <pathname>", argv[0]);
	if( (sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        err_sys("socket error");

	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sun_family = AF_UNIX;
	strcpy(servaddr.sun_path, argv[1]);

    int err;
	err = connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
	if( err < 0)
        err_sys("connect error");

	str_cli(stdin, sockfd);		/* do it all */

	exit(0);
}

參考资料：

《Unix 网络编程》