• UNIX网络编程——网络IPC：套接字

    Contents

    • 套接字接口
    • 套接字描述符
    • 寻址
      • 字节序
      • 地址格式
      • 地址查询
    • 绑定地址
    • 建立连接
    • 数据传输
    • 套接字选项
    • 带外数据
    • UNIX域套接字
    • 使用套接字的示例
      • 面向连接的ruptime
      • 无连接的ruptime

    套接字接口

           套接字接口是一组用来结合UNIX I/O函数进行进程间通信的函数，大多数系统上都实现了它，包括各种UNIX变种、Windows和Mac系统。

    /media/note/2012/05/18/linux-socket/fig1.png

    套接字接口

    套接字描述符

           套接字是通信端点的抽象，使用套接字描述符访问套接字，Linux用文件描述符实现套接字描述符，很多处理文件描述符的函数也可以用于套接字描述符。

           使用 socket 函数创建套接字。

    #include <sys/socket.h>

/* 创建套接字
 * @return      成功返回文件描述符，出错返回-1 */
int socket(int domain, int type, int protocol);

    参数说明：

    domain

    确定通信的特性，包括地址格式，每个域都有自己的地址格式。POSIX.1指定的域包括：

    • AF_INET ：IPv4地址域。
    • AF_INET6 ：IPv6地址域。
    • AF_UNIX ：UNIX域。
    • AF_UNSPEC ：未指定，可以代表任何域。
    type

    确定套接字的类型。POSIX.1定义的套接字类型有：

    • SOCK_SEQPACKET ：长度固定、有序、可靠的面向连接报文传递。
    • SOCK_STREAM ：有序、可靠、双向的面向连接字节流。
    • SOCK_DGRAM ：长度固定、不可靠的无连接报文传递。
    • SOCK_RAW ：IP协议的数据报接口。
    protocol
    通常为0，表示按给定的域和套接字类型选择默认协议。在 domain 和 type 给定的情况下如果有多个协议，可以用 protocol 指定协议。

            在 AF_INET 通信域， SOCK_SEQPACKET 套接字类型的默认协议是SCTP， SOCK_STREAM 套接字类型的默认协议是TCP， SOCK_DGRAM 套接字类型的默认协议是UDP。

            面向连接的协议通信可比作打电话。在交换数据前，要求在本地套接字和远程套接字之间建立一个逻辑连接，即连接是端到端的通信信道。会话中不包含地址信息，它隐含在连接中。

        SOCK_STREAM 套接字提供字节流服务，从套接字读取数据时可能需要多次函数调用。 SOCK_SEQPACKET 套接字提供报文服务，从套接字接收的数据量和对方发送的一致。

    数据报提供了无连接服务，它是一种自含报文，发送数据报可比作寄邮件。可以发送很多数据报，但不保证它们的顺序，而且可能会丢失，数据报包含接收地址。

        SOCK_RAW 套接字提供了一个数据报接口用于直接访问网络层（IP层），使用它时需要自己构造协议首部。创建 SOCK_RAW 套接字需要超级用户特权。

            尽管套接字描述符是文件描述符，担不是所有使用文件描述符的函数都能处理套接字描述符，下面是有关函数的支持情况：

    close释放套接字
    dup dup2正常复制
    fcntl支持一些命令，如 F_DUPFD 、 F_GETFD 、 F_GETFL 、 F_GETOWN 、 F_SETFD 、 F_SETFL、 F_SETOWN
    fstat支持一些 stat 结构成员，由实现定义
    ioctl支持部分命令，依赖于底层设备驱动
    poll正常使用
    read readv等价于无标志位的 recv
    select正常使用
    write writev等价于无标志位的 send


        close 直到套接字的最后一个描述符关闭时才释放网络端点。

            可以用 shutdown 函数来禁止套接字上的输入/输出。

    #include <sys/socket.h>

/* 关闭套接字上的输入/输出
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int shutdown(int sockfd, int how);

    how 可以取：

    • SHUT_RD ：关闭读端，即无法从套接字读取数据。
    • SHUT_WR ：关闭写端，即无法用套接字发送数据。
    • SHUT_RDWR ：关闭读写，同时无法读取和发送数据。



    寻址

           进程标识确定目标通信进程，它有两部分：计算机的网络地址确定计算机，服务确定计算机上的特定进程。 


    字节序

           CPU有大端字节序和小端字节序两种字节表示顺序。为使不同的计算机可以正常交换信息，网络协议指定了字节序。

           TCP/IP协议栈采用大端字节序。可以用下面的函数处理主机字节序和网络字节序之间的转换。

    #include <arpa/inet.h>

/* 将主机字节序的32位整型数转换为网络字节序 */
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
/* 将主机字节序的16位整型数转换为网络字节序 */
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
/* 将网络字节序的32位整型数转换为主机字节序 */
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
/* 将网络字节序的16位整型数转换为主机字节序 */
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);


    地址格式

           地址标识特定通信域中的套接字端点，地址格式和特定通信域相关。为兼容不同格式的地址，地址被强制转换为通用的地址结构 sockaddr ，Linux系统中该结构定义如下：

    struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;      /* 地址类型 */
    char        sa_data[14];    /* 变长地址 */
};

          因特网地址定义在 <netinet/in.h> 中。

       AF_INET 域中，套接字地址结构如下：

    struct in_addr {
    in_addr_t       s_addr;         /* IPv4地址 */
};

struct sockaddr_in {
    sa_family_t     sin_family;     /* 地址类型 */
    in_port_t       sin_port;       /* 端口号 */
    struct in_addr  sin_addr;       /* IPv4地址 */
    unsigned char   sin_zero[8];    /* 0填充 */
};
       AF_INET6 域中，套接字地址结构如下：
    struct in6_addr {
    uint8_t         s6_addr[16];    /* IPv6地址 */
};

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t     sin6_family;    /* 地址类型 */
    in_port_t       sin6_port;      /* 端口号 */
    uint32_t        sin6_flowinfo;  /* 传输类和流信息 */
    struct in6_addr sin6_addr;      /* IPv6地址 */
    uint32_t        sin6_scope_id;  /* 作用域的接口集 */
};

        in_port_t 定义为 uint16_t ， in_addr_t 定义为 uint32_t 。


           可以用 inet_ntop 和 inet_pton 函数对IPv4和IPv6地址作二进制和点分十进制字符串之间的转换。类似的还有 inet_addr 和 inet_ntoa 等函数，但它们只能用于IPv4地址。

    #include <arpa/inet.h>

/* 将网络字节序的二进制地址转换为字符串格式
 * @return      成功返回地址字符串指针，出错返回NULL */
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
/* 将字符串格式转换为网络字节序的二进制地址
 * @return      成功返回1，格式无效返回0，出错返回-1 */
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

       af 只支持 AF_INET 和 AF_INET6 。

       size 指定字符串缓冲区 dst 的大小，可用 INET_ADDRSTRLEN 和 INET6_ADDRSTRLEN 来为IPv4和IPv6地址的字符串设置足够大的空间。


    地址查询

           使用 gethostent 函数可以找到给定计算机的主机信息。

    #include <netdb.h>

/* 获取文件的下一个hostent结构
 * @return      成功返回指向hostent结构的指针，出错返回NULL */
struct hostent *gethostent(void);
/* gethostent的可重入版本，自设缓冲 */
int gethostent_r(struct hostent *ret, char *buf, size_t buflen, struct hostent **result, int *h_errnop);
/* 回到文件开头 */
void sethostent(int stayopen);
/* 关闭文件 */
void endhostent(void);

/* 通过主机名或地址查询hostent结构
 * @return      成功返回指向hostent结构的指针，出错返回NULL */
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
#include <sys/socket.h>       /* for AF_INET */
struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, socklen_t len, int type);
           结构 hostent 的定义如下：
    struct hostent {
    char  *h_name;            /* 主机名 */
    char **h_aliases;         /* 主机别名列表 */
    int    h_addrtype;        /* 主机地址类型 */
    int    h_length;          /* 地址长度 */
    char **h_addr_list;       /* 地址列表 */
};

            其中的地址采用网络字节序。

        gethostbyname 和 gethostbyaddr 函数已经过时。


            使用 getnetent 函数可以获取网络名和网络号。

    #include <netdb.h>

struct netent *getnetent(void);
void setnetent(int stayopen);
void endnetent(void);

struct netent *getnetbyname(const char *name);
struct netent *getnetbyaddr(uint32_t net, int type);
    结构 netent 的定义如下：
    struct netent {
    char      *n_name;     /* 网络名 */
    char     **n_aliases;  /* 网络别名列表 */
    int        n_addrtype; /* 网络地址类型 */
    uint32_t   n_net;      /* 网络号 */
};

           网络号按网络字节序返回。地址类型为 AF_XX 的地址族常量。

           使用 getprotoent 可以获取协议名字和对应协议号。

    #include <netdb.h>

struct protoent *getprotoent(void);
void setprotoent(int stayopen);
void endprotoent(void);

struct protoent *getprotobyname(const char *name);
struct protoent *getprotobynumber(int proto);
           结构 protoent 的定义如下：
    struct protoent {
    char  *p_name;       /* 协议名 */
    char **p_aliases;    /* 协议别名列表 */
    int    p_proto;      /* 协议号 */
};
           服务由地址的端口号部分表示，每种服务由一个唯一和熟知的端口号提供。使用 getservent 可以获取服务名字和对应端口号。
    #include <netdb.h>

struct servent *getservent(void);
void setservent(int stayopen);
void endservent(void);

struct servent *getservbyname(const char *name, const char *proto);
struct servent *getservbyport(int port, const char *proto);
           结构 servent 的定义如下：
    struct servent {
    char  *s_name;       /* 服务名 */
    char **s_aliases;    /* 服务别名列表 */
    int    s_port;       /* 端口号 */
    char  *s_proto;      /* 使用的协议 */
};
           getaddrinfo 函数可以将一个主机名字和服务名字映射到一个地址， getnameinfo 的作用相反，用它们替换旧函数 gethostbyname 和 gethostbyaddr 。 freeaddrinfo 用来释放 addrinfo 结构链表。
    #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>

/* 获取地址信息
 * @return      成功返回0，出错返回非0错误码 */
int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
                const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);
/* 释放一个或多个addrinfo结构的链表 */
void freeaddrinfo(struct addrinfo *res);
/* 将错误码转换为错误信息 */
const char *gai_strerror(int errcode);

/* 获取主机名或/和服务名
 * @return      成功返回0，出错返回非0值 */
int getnameinfo(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen,
                char *host, size_t hostlen,
                char *serv, size_t servlen, int flags);

           需要提供主机名或/和服务名，主机名可以是节点名或点分十进制字符串表示的主机地址。

           结构 addrinfo 的定义如下：

    struct addrinfo {
    int              ai_flags;      /* 自定义行为 */
    int              ai_family;     /* 地址类型 */
    int              ai_socktype;   /* 套接字类型 */
    int              ai_protocol;   /* 协议 */
    size_t           ai_addrlen;    /* 地址长度 */
    struct sockaddr *ai_addr;       /* 地址 */
    char            *ai_canonname;  /* 主机规范名 */
    struct addrinfo *ai_next;       /* 链表中的下一个结构 */
};

           可以用 hints 来过滤得到的结构，它只使用 ai_flags 、 ai_family 、 ai_socktype 、 ai_protocol 字段，其他字段必须设为0或 NULL 。

       ai_flags 用来指定如何处理地址和名字，可用标志有：

    • AI_ADDRCONFIG ：查询配置的地址类型（IPv4或IPv6）。
    • AI_ALL ：查找IPv4和IPv6地址，仅用于 AI_V4MAPPED 。
    • AI_CANONNAME ：需要一个规范名而不是别名。
    • AI_NUMERICHOST ：以数字格式返回主机地址。
    • AI_NUMERICSERV ：以端口号返回服务。
    • AI_PASSIVE ：套接字地址用于监听绑定。
    • AI_V4MAPPED ：如果没找到IPv6地址，返回映射到IPv6格式的IPv4地址。


       flags 参数指定一些转换的控制方式，有：

    • NI_DGRAM ：服务基于数据报而非基于流。
    • NI_NAMEREQD ：如果找不到主机名，将其视作错误。
    • NI_NOFQDN ：对于本地主机，仅返回完全限定域名的节点名部分。
    • NI_NUMERICHOST ：以数字形式返回主机地址。
    • NI_NUMERICSERV ：以端口号返回服务地址。


    绑定地址

           对于服务器，需要给接收客户端请求的套接字绑定一个众所周知的地址。客户端则让系统选择一个默认地址即可。

           可以用 bind 函数将地址绑定到一个套接字。

    #include <sys/socket.h>

/* 将地址绑定到套接字
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    对于地址，要求：

    • 地址必须有效，不能指定其他机器的地址。
    • 地址必须和套接字的地址族所支持的格式匹配。
    • 如果不是超级用户，端口号不能小于1024。
    • 一般只有套接字端点能够和地址绑定。

           对于因特网域，如果指定IP地址为 INADDR_ANY ，套接字端点可以被绑定到所有的系统网络接口，这样它可以收到这个系统的所有网卡的数据包。


    getsockname 函数可以获取绑定到套接字的地址。

    #include <sys/socket.h>

/* 获取绑定到套接字的地址
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

        addrlen 指定 addr 的缓冲区大小，返回时会被设置为返回地址的大小，如果地址过大，则会被截断而不报错。

           套接字已经和对方连接时，可以用 getpeername 函数获取对方的地址。

    #include <sys/socket.h>

/* 获取绑定到套接字的地址
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);


    建立连接

           面向连接的网络服务在交换数据前需要首先在请求服务的套接字（客户端）和提供服务的套接字（服务器）之间建立连接。可以用 connect 函数建立连接。

    #include <sys/socket.h>

/* 建立连接
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

       addr 为服务器的地址。如果 sockfd 还没有绑定地址，函数会给它绑定一个默认地址。

          由于服务器的负载变化等问题， connect 可能会返回错误，通常会选择重连，如下面的指数补偿算法。

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

#define MAXSLEEP 128

int connect_retry(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t alen)
{
    int nsec;

    /* Try to connect with exponential backoff. */
    for (nsec = 1; nsec <= MAXSLEEP; nsec <<= 1) {
        if (connect(sockfd, addr, alen) == 0) {
            /* Connection accepted. */
            return(0);
        }
        /* Delay before trying again. */
        if (nsec <= MAXSLEEP/2)
            sleep(nsec);
    }
    return(-1);
}


       connect 也可用于无连接网络服务（UDP）。所有发送报文的目标地址被设为 addr ，并且只能接收来自 addr 的报文。


           服务器使用 listen 函数来说明可以接受连接请求。

    #include <sys/socket.h>

/* 说明可以接受连接
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int listen(int sockfd, int backlog);

        backlog 建议连接请求的队列大小，实际值由系统决定，上限为 SOMAXCONN ，该值为128。队列满后，系统会拒绝多余的连接请求。


           之后用 accept 函数获得连接请求并建立连接。

    #include <sys/socket.h>

/* 获得连接请求，建立连接
 * @return      成功返回文件描述符，出错返回-1 */
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

        accept 会将客户端地址设置到 addr 指向的缓冲区并更新 addrlen 指向的值，若不关心客户端可将它们设为 NULL 。

            函数返回连接到调用 connect 的客户端的套接字描述符，它和 sockfd 有相同的套接字类型和地址族，sockfd 会被保持可用状态接受其他连接请求。

            如果没有连接请求， accept 会阻塞直到有请求到来，如果 sockfd 为非阻塞模式，则返回-1，并设 errno为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK （两者等价）。服务器也可以用 poll 或 select 来等待请求，请求套接字会被作为可读的。


    数据传输

            首先，因为套接字端点用文件描述符表示，所以可以用 read 和 write 函数来交换数据，这会带来兼容性上的好处。但如果想获得更多的功能，需要使用 send 和 recv 函数族。

        send 函数族用于发送数据。

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

/* 发送数据
 * @return      成功返回发送的字节数，出错返回-1 */
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
        const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);

      send 函数类似 write ，但它支持额外的参数 flags ，可用标志有：

    • MSG_DONTROUTE ：勿将数据路由出本地网络。
    • MSG_DONTWAIT ：允许非阻塞操作，等价于用 O_NONBLOCK 。
    • MSG_EOR ：如果协议支持，此为记录结束。
    • MSG_OOB ：如果协议支持，发送带外数据。

      send 成功返回只代表数据已经正确发送到网络上，不表示连接另一端的进程接收数据。对于支持为报文设限的协议，如果报文大小超过协议支持的最大值， send 失败并设 errno 为 EMSGSIZE 。对于字节流协议，send 会阻塞直到整个数据被传输。

      sendto 和 send 的区别是它支持在无连接的套接字上指定目标地址。无连接的套接字如果在调用 connect时没有设置目标地址，则不能用 send 。

      sendmsg 类似于 writev ，可以指定多重缓冲区来传输数据。结构 msghdr 的定义如下：

    struct msghdr {
    void         *msg_name;       /* 可选地址 */
    socklen_t     msg_namelen;    /* 地址大小 */
    struct iovec *msg_iov;        /* I/O缓冲区数组 */
    size_t        msg_iovlen;     /* 数组中元素数 */
    void         *msg_control;    /* 辅助数据 */
    size_t        msg_controllen; /* 辅助数据大小 */
    int           msg_flags;      /* 接收到的数据的标志 */
};

        相应地， recv 函数族用于接收数据。
    #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

/* 接收数据
 * @return      成功返回接收的消息字节数，无可用消息或对方已按序结束返回0，出错返回-1 */
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

      recv 函数类似 read ，但同样它支持额外的参数 flags ，可用标志有：

    • MSG_WAITALL ：等待直到所有数据可用，只对 SOCK_STREAM 有效。
    • MSG_TRUNC ：返回报文的实际长度，即使被截断。
    • MSG_PEEK ：返回报文内容但不取走报文。
    • MSG_OOB ：如果协议支持，接收带外数据。

      SOCK_DGRAM 和 SOCK_SEQPACKET 套接字类型一次读取就返回整个报文，所以 MSG_WAITALL 对它们没有作用。

        如果发送者用 shutdown 结束传输，或网络协议支持顺序关闭且发送端已关闭，则数据接收完之后 recv 返回0。

      recvfrom 可以得到发送者的源地址，通常用于无连接套接字。

      recvmsg 类似于 readv ，可以将接收到的数据放入多个缓冲区，也可用于想接收辅助数据的情况。 msghdr结构前面已经说明，从 recvmsg 返回时会设置 msg_flags 字段来表示接收的数据的特性，可能的值有：

    • MSG_DONTWAIT ： recvmsg 处于非阻塞模式。
    • MSG_TRUNC ：一般数据被截断。
    • MSG_CTRUNC ：控制数据被截断。
    • MSG_EOR ：接收到记录结束符。
    • MSG_OOB ：接收到带外数据。


    套接字选项


        有三种类型的套接字选项：

    1. 通用选项，适用于所有套接字类型。
    2. 特定套接字的选项，会依赖于下层协议。
    3. 特定协议的选项。

        用 getsockopt 和 setsockopt 函数获取和设置套接字选项。

    #include <sys/socket.h>

/* 获取和设置套接字选项
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

    参数说明：

    level
    指定选项应用的协议。如果选项是通用的套接字选项，设为 SOL_SOCKET ，否则设为控制该选项的协议号。对TCP选项设为 IPPROTO_TCP ，对UDP选项设为 IPPROTO_UDP ，对IP选项设为 IPPROTO_IP 。
    optname

    指定套接字选项。通用套接字选项包括：

    选项参数 optval 类型说明
    SO_ACCEPTCONNint返回信息指示该套接字是否能监听，仅getsockopt
    SO_BROADCASTint如果 *optval 非0，广播数据包
    SO_DEBUGint如果 *optval 非0，启动网络驱动调试功能
    SO_DONTROUTEint如果 *optval 非0，绕过通常路由
    SO_ERRORint返回挂起的套接字错误并清除，仅 getsockopt
    SO_KEEPALIVEint如果 *optval 非0，启动周期性keep-alive消息
    SO_LINGERstruct linger当有未发送消息并且套接字关闭时，延迟时间
    SO_OOBINLINEint如果 *optval 非0，将带外数据放到普通数据中
    SO_RCVBUFint接收缓冲区的字节大小
    SO_RCVLOWATint接收调用中返回的数据最小字节数
    SO_RCVTIMEOstruct timeval套接字接收调用的超时值
    SO_REUSEADDRint如果 *optval 非0，重用 bind 中的地址
    SO_SNDBUFint发送缓冲区的字节大小
    SO_SNDLOWATint发送调用中发送的数据最小字节数
    SO_SNDTIMEOstruct timeval套接字发送调用的超时值
    SO_TYPEint标识套接字类型，仅 getsockopt
    optval
    根据选项的不同指向一个数据结构或整数。


           通常TCP不允许绑定同一个地址，可以用 SO_REUSEADDR 来越过这个限制。

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

int initserver(int type, const struct sockaddr *addr, socklen_t alen, int qlen)
{
    int fd, err;
    int reuse = 1;

    if ((fd = socket(addr->sa_family, type, 0)) < 0)
        return(-1);
    if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(int)) < 0) {
        err = errno;
        goto errout;
    }
    if (bind(fd, addr, alen) < 0) {
        err = errno;
        goto errout;
    }
    if (type == SOCK_STREAM || type == SOCK_SEQPACKET) {
        if (listen(fd, qlen) < 0) {
            err = errno;
            goto errout;
        }
    }
    return(fd);
errout:
    close(fd);
    errno = err;
    return(-1);
}



    带外数据

           带外数据是一些通信协议支持的可选特性，允许更高优先级的数据比普通数据优先传输。TCP支持带外数据，UDP不支持。

           在TCP中带外数据称为紧急数据，TCP只支持1字节的紧急数据，允许紧急数据在普通数据数据流之外传输。在 send 函数族中指定 MSG_OOB 标志，就会产生紧急数据，取最后1个字节。

           用 SO_OOBINLINE 套接字选项可以在普通数据中接收紧急数据，可以在TCP的普通数据流中查看紧急数据的位置，即紧急标记。

    #include <sys/socket.h>

/* 下一个要读的字节在标志处返回1，没在标志处返回0，出错返回-1 */
int sockatmark(int sockfd);

           在读取队列出现带外数据时， select 函数返回文件描述符并异常挂起。可在普通数据流或用加 MSG_OOB 标志的 recv 函数族接收紧急数据，后面的紧急数据会覆盖前面的。



    UNIX域套接字

           UNIX域套接字用于同一台机器上的进程间通信。因特网域套接字也可以实现但UNIX域套接字效率更高，后者只复制数据而不处理协议和其他和网络相关的工作。

           UNIX域套接字有流和数据报两种接口，它的数据报服务是可靠的。

           可以用 socketpair 函数创建一对非命名的、相互连接的UNIX域套接字。（父子进程）

    #include <sys/socket.h>

/* 创建一对无名的相互连接的UNIX域套接字
 * @return      成功返回0，出错返回-1 */
int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);
    例：
    #include <sys/socket.h>

/* Returns a full-duplex "stream" pipe (a UNIX domain socket) with the two file descriptors returned in fd[0] and fd[1]. */
int s_pipe(int fd[2])
{
    return(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd));
}


           也可以用 socket 创建命名的UNIX域套接字，用标准的 bind 、 listen 、 accept 、 connect 进行处理。

           UNIX域套接字的地址定义在 <sys/un.h> 中，由 sockaddr_un 结构表示：

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

           可以用 offsetof 函数获取 sun_path 的偏移量再加上 sun_path 的长度得到绑定地址的长度。

           将地址绑定到UNIX域套接字时，系统会用该路径名创建一个 S_IFSOCK 类型的文件。它只用于向客户进程告诉套接字名字，不能打开，也不能由应用程序用于通信。如果文件已经存在，则 bind 会失败。关闭套接字时，不会自动删除文件，因此还需要在程序中手动删除（unlink函数）。


    使用套接字的示例


    面向连接的ruptime


    客户端：

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include "error.h"

#define MAXADDRLEN  256
#define BUFLEN      128

extern int connect_retry(int, const struct sockaddr *, socklen_t);

void print_uptime(int sockfd)
{
    int     n;
    char    buf[BUFLEN];

    while ((n = recv(sockfd, buf, BUFLEN, 0)) > 0)
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    if (n < 0)
        err_sys("recv error");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct addrinfo *ailist, *aip;
    struct addrinfo hint;
    int             sockfd, err;

    if (argc != 2)
        err_quit("usage: ruptime hostname");
    hint.ai_flags = 0;
    hint.ai_family = 0;
    hint.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hint.ai_protocol = 0;
    hint.ai_addrlen = 0;
    hint.ai_canonname = NULL;
    hint.ai_addr = NULL;
    hint.ai_next = NULL;
    if ((err = getaddrinfo(argv[1], "ruptime", &hint, &ailist)) != 0)
        err_quit("getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
    for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
        if ((sockfd = socket(aip->ai_family, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
            err = errno;
        if (connect_retry(sockfd, aip->ai_addr, aip->ai_addrlen) < 0) {
            err = errno;
        } else {
            print_uptime(sockfd);
            exit(0);
        }
    }
    fprintf(stderr, "can't connect to %s: %s
", argv[1], strerror(err));
    exit(1);
}
    服务器（ popen 版本）：

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <syslog.h>
#include <sys/socket.h>
#include "error.h"

#define BUFLEN  128
#define QLEN 10

#ifndef HOST_NAME_MAX
#define HOST_NAME_MAX 256
#endif

extern int initserver(int, struct sockaddr *, socklen_t, int);

void serve(int sockfd)
{
    int     clfd;
    FILE    *fp;
    char    buf[BUFLEN];

    for (;;) {
        clfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
        if (clfd < 0) {
            syslog(LOG_ERR, "ruptimed: accept error: %s", strerror(errno));
            exit(1);
        }
        if ((fp = popen("/usr/bin/uptime", "r")) == NULL) {
            sprintf(buf, "error: %s
", strerror(errno));
            send(clfd, buf, strlen(buf), 0);
        } else {
            while (fgets(buf, BUFLEN, fp) != NULL)
                send(clfd, buf, strlen(buf), 0);
            pclose(fp);
        }
        close(clfd);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct addrinfo *ailist, *aip;
    struct addrinfo hint;
    int             sockfd, err, n;
    char            *host;

    if (argc != 1)
        err_quit("usage: ruptimed");
#ifdef _SC_HOST_NAME_MAX
    n = sysconf(_SC_HOST_NAME_MAX);
    if (n < 0)  /* best guess */
#endif
        n = HOST_NAME_MAX;
    host = malloc(n);
    if (host == NULL)
        err_sys("malloc error");
    if (gethostname(host, n) < 0)
        err_sys("gethostname error");
    daemonize("ruptimed");
    hint.ai_flags = AI_CANONNAME;
    hint.ai_family = 0;
    hint.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hint.ai_protocol = 0;
    hint.ai_addrlen = 0;
    hint.ai_canonname = NULL;
    hint.ai_addr = NULL;
    hint.ai_next = NULL;
    if ((err = getaddrinfo(host, "ruptime", &hint, &ailist)) != 0) {
        syslog(LOG_ERR, "ruptimed: getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
        exit(1);
    }
    for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
        if ((sockfd = initserver(SOCK_STREAM, aip->ai_addr,
          aip->ai_addrlen, QLEN)) >= 0) {
            serve(sockfd);
            exit(0);
        }
    }
    exit(1);
}
    服务器（ fork 版本）：
    #include <syslog.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include "error.h"

#define QLEN 10

#ifndef HOST_NAME_MAX
#define HOST_NAME_MAX 256
#endif

extern int initserver(int, struct sockaddr *, socklen_t, int);

void serve(int sockfd)
{
    int     clfd, status;
    pid_t   pid;

    for (;;) {
        clfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
        if (clfd < 0) {
            syslog(LOG_ERR, "ruptimed: accept error: %s", strerror(errno));
            exit(1);
        }
        if ((pid = fork()) < 0) {
            syslog(LOG_ERR, "ruptimed: fork error: %s", strerror(errno));
            exit(1);
        } else if (pid == 0) {  /* child */
            /*
             * The parent called daemonize ({Prog daemoninit}), so
             * STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO, and STDERR_FILENO
             * are already open to /dev/null.  Thus, the call to
             * close doesn't need to be protected by checks that
             * clfd isn't already equal to one of these values.
             */
            if (dup2(clfd, STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO ||
              dup2(clfd, STDERR_FILENO) != STDERR_FILENO) {
                syslog(LOG_ERR, "ruptimed: unexpected error");
                exit(1);
            }
            close(clfd);
            execl("/usr/bin/uptime", "uptime", (char *)0);
            syslog(LOG_ERR, "ruptimed: unexpected return from exec: %s",
              strerror(errno));
        } else {        /* parent */
            close(clfd);
            waitpid(pid, &status, 0);
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct addrinfo *ailist, *aip;
    struct addrinfo hint;
    int             sockfd, err, n;
    char            *host;

    if (argc != 1)
        err_quit("usage: ruptimed");
#ifdef _SC_HOST_NAME_MAX
    n = sysconf(_SC_HOST_NAME_MAX);
    if (n < 0)  /* best guess */
#endif
        n = HOST_NAME_MAX;
    host = malloc(n);
    if (host == NULL)
        err_sys("malloc error");
    if (gethostname(host, n) < 0)
        err_sys("gethostname error");
    daemonize("ruptimed");
    hint.ai_flags = AI_CANONNAME;
    hint.ai_family = 0;
    hint.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hint.ai_protocol = 0;
    hint.ai_addrlen = 0;
    hint.ai_canonname = NULL;
    hint.ai_addr = NULL;
    hint.ai_next = NULL;
    if ((err = getaddrinfo(host, "ruptime", &hint, &ailist)) != 0) {
        syslog(LOG_ERR, "ruptimed: getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
        exit(1);
    }
    for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
        if ((sockfd = initserver(SOCK_STREAM, aip->ai_addr,
          aip->ai_addrlen, QLEN)) >= 0) {
            serve(sockfd);
            exit(0);
        }
    }
    exit(1);
}

    无连接的ruptime

    客户端：

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include "error.h"

#define BUFLEN      128
#define TIMEOUT     20

void sigalrm(int signo) {}

void print_uptime(int sockfd, struct addrinfo *aip)
{
    int     n;
    char    buf[BUFLEN];

    buf[0] = 0;
    if (sendto(sockfd, buf, 1, 0, aip->ai_addr, aip->ai_addrlen) < 0)
        err_sys("sendto error");
    alarm(TIMEOUT);
    if ((n = recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0, NULL, NULL)) < 0) {
        if (errno != EINTR)
            alarm(0);
        err_sys("recv error");
    }
    alarm(0);
    write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct addrinfo     *ailist, *aip;
    struct addrinfo     hint;
    int                 sockfd, err;
    struct sigaction    sa;

    if (argc != 2)
        err_quit("usage: ruptime hostname");
    sa.sa_handler = sigalrm;
    sa.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    if (sigaction(SIGALRM, &sa, NULL) < 0)
        err_sys("sigaction error");
    hint.ai_flags = 0;
    hint.ai_family = 0;
    hint.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
    hint.ai_protocol = 0;
    hint.ai_addrlen = 0;
    hint.ai_canonname = NULL;
    hint.ai_addr = NULL;
    hint.ai_next = NULL;
    if ((err = getaddrinfo(argv[1], "ruptime", &hint, &ailist)) != 0)
        err_quit("getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
    for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
        if ((sockfd = socket(aip->ai_family, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
            err = errno;
        } else {
            print_uptime(sockfd, aip);
            exit(0);
        }
    }
    fprintf(stderr, "can't contact %s: %s
", argv[1], strerror(err));
    exit(1);
}

    服务器：
    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <syslog.h>
#include <sys/socket.h>
#include "error.h"

#define BUFLEN      128
#define MAXADDRLEN  256

#ifndef HOST_NAME_MAX
#define HOST_NAME_MAX 256
#endif

extern int initserver(int, struct sockaddr *, socklen_t, int);

void serve(int sockfd)
{
    int         n;
    socklen_t   alen;
    FILE        *fp;
    char        buf[BUFLEN];
    char        abuf[MAXADDRLEN];

    for (;;) {
        alen = MAXADDRLEN;
        if ((n = recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0,
          (struct sockaddr *)abuf, &alen)) < 0) {
            syslog(LOG_ERR, "ruptimed: recvfrom error: %s", strerror(errno));
            exit(1);
        }
        if ((fp = popen("/usr/bin/uptime", "r")) == NULL) {
            sprintf(buf, "error: %s
", strerror(errno));
            sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)abuf, alen);
        } else {
            if (fgets(buf, BUFLEN, fp) != NULL)
                sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)abuf, alen);
            pclose(fp);
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct addrinfo *ailist, *aip;
    struct addrinfo hint;
    int             sockfd, err, n;
    char            *host;

    if (argc != 1)
        err_quit("usage: ruptimed");
#ifdef _SC_HOST_NAME_MAX
    n = sysconf(_SC_HOST_NAME_MAX);
    if (n < 0)  /* best guess */
#endif
        n = HOST_NAME_MAX;
    host = malloc(n);
    if (host == NULL)
        err_sys("malloc error");
    if (gethostname(host, n) < 0)
        err_sys("gethostname error");
    daemonize("ruptimed");
    hint.ai_flags = AI_CANONNAME;
    hint.ai_family = 0;
    hint.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
    hint.ai_protocol = 0;
    hint.ai_addrlen = 0;
    hint.ai_canonname = NULL;
    hint.ai_addr = NULL;
    hint.ai_next = NULL;
    if ((err = getaddrinfo(host, "ruptime", &hint, &ailist)) != 0) {
        syslog(LOG_ERR, "ruptimed: getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
        exit(1);
    }
    for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
        if ((sockfd = initserver(SOCK_DGRAM, aip->ai_addr,
          aip->ai_addrlen, 0)) >= 0) {
            serve(sockfd);
            exit(0);
        }
    }
    exit(1);
}

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