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

socket API原本是為網路通訊設計的，但後來在socket的架構上發展出一種IPC機制，就是UNIX Domain Socket。雖然網路socket也可用於同一台主機的進程間通訊（通過loopback地址127.0.0.1），但是UNIX Domain Socket用於IPC更有效率：不需要經過網路通訊協定棧，不需要打包拆包、計算校正和、維護序號和應答等，只是將應用程式層資料從一個進程拷貝到另一個進程。這是因為，IPC機制本質上是可靠的通訊，而網路通訊協定是為不可靠的通訊設計的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向資料包兩種API介面，類似於TCP和UDP，但是面向訊息的UNIX Domain Socket也是可靠的，訊息既不會丟失也不會順序錯亂。

UNIX Domain Socket是全雙工系統的，API介面語義豐富，相比其它IPC機制有明顯的優越性，目前已成為使用最廣泛的IPC機制，比如X Window伺服器和GUI程式之間就是通過UNIX Domain Socket通訊的。

使用UNIX Domain Socket的過程和網路socket十分相似，也要先調用socket()建立一個socket檔案描述符，address family指定為AF_UNIX，type可以選擇SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM，protocol參數仍然指定為0即可。

UNIX Domain Socket與網路socket編程最明顯的不同在於地址格式不同，用結構體sockaddr_un表示，網路編程的socket地址是IP地址加連接埠號碼，而UNIX Domain Socket的地址是一個socket類型的檔案在檔案系統中的路徑，這個socket檔案由bind()調用建立，如果調用bind()時該檔案已存在，則bind()錯誤返回。

以下程式將UNIX Domain socket綁定到一個地址。

#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))         perror("socket error");
        exit(1);
    }
    size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
    if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, size)         perror("bind error");
        exit(1);
    }
    printf("UNIX domain socket bound/n");
    exit(0);
}

注意程式中的offsetof宏，它在stddef.h標頭檔中定義：

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

offsetof(struct sockaddr_un, sun_path)就是取sockaddr_un結構體的sun_path成員在結構體中的位移，也就是從結構體的第幾個位元組開始是sun_path成員。想一想，這個宏是如何?這一功能的？

該程式的運行結果如下。

$ ./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

以下是伺服器的listen模組，與網路socket編程類似，在bind之後要listen，表示通過bind的地址（也就是socket檔案）提供服務。

#include
#include
#include
#include

#define QLEN 10

/*
* Create a server endpoint of a connection.
* Returns fd if all OK, */
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))         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)         rval = -2;
        goto errout;
    }
    if (listen(fd, QLEN)         rval = -3;
        goto errout;
    }
    return(fd);

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

以下是伺服器的accept模組，通過accept得到用戶端地址也應該是一個socket檔案，如果不是socket檔案就返回錯誤碼，如果是 socket檔案，在建立串連後這個檔案就沒有用了，調用unlink把它刪掉，通過傳出參數uidptr返回用戶端程式的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))         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)         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);
}

以下是用戶端的connect模組，與網路socket編程不同的是，UNIX Domain Socket用戶端一般要顯式調用bind函數，而不依賴系統自動分配的地址。用戶端bind一個自己指定的socket檔案名稱的好處是，該檔案名稱可以包含用戶端的pid以便伺服器區分不同的用戶端。

#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, */
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))         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)         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)         rval = -4;
        goto errout;
    }
    return(fd);

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

下面是自己動手時間，請利用以上模組編寫完整的用戶端/伺服器通訊的程式。