Linux socket 本地进程间通信

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    socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现， socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）.

说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

注意：其实socket也没有层的概念，它只是一个facade设计模式的应用，让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中，我们大量用的都是通过socket实现的。

   使用套接字除了可以实现网络间不同主机间的通信外，还可以实现同一主机的不同进程间的通信，且建立的通信是双向的通信。socket进程通信与网络通信使用的是统一套接口，只是地址结构与某些参数不同。

   其主要流程如下：

一. 创建socket

   创建socket，类型为AF_LOCAL或AF_UNIX，表示用于进程通信：

调用函数socket(),其原型如下：

int socket(int domain, int type, int protocol);

参数：

domain：指定协议族，对于本地套接字来说，值必须设置为AF_UNIX枚举值；

type：指定套接字类型，可以被设置为SOCK_STREAM（流式套接字）活SOCK_DGRAM（数据报式套接字）

protocol：指定具体的协议，应被设置为0

返回值为生成的套接字描述符。

对于本地套接字来说，流式套接字（SOCK_STREAM）是一个有顺序的、可靠的双向字节流，相当于在本地进程之间建立起一条数据通道；数据报式套接字（SOCK_DGRAM）相当于单纯的发送消息，在进程通信过程中，理论上可能会有信息丢失、复制或者不按先后次序到达的情况，但由于其在本地通信，不通过外界网络，这些情况出现的概率很小。

二. 设置socket参数

   SOCK_STREAM式本地套接字的通信双方均需要有本地地址，其中服务器端的本地地址需要明确指定，指定方法是使用struct sockaddr_un类型的变量

struct sockaddr_un{

  sa_family_t    sun_family;        // AF_UNIX

  char    sun_path[UNIX_PATH_MAX];  // 路径名

}

三. 绑定

    绑定要使用 bind 系统调用，其原形如下：    

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

参数

socket：服务端套接字描述符

address：需要绑定的服务端本地地址

address_len：本地地址的字节长度

四. 监听

    服务器端套接字创建完毕并赋予本地地址值（名称，本例中为CAN_SERVICE）后，需要进行监听，等待客户端连接并处理请求，监听使用 listen 系统调用，接受客户端连接使用accept系统调用，它们的原形如下：
int listen(int socket, int backlog);
int accept(int socket, struct sockaddr *address, size_t *address_len);
参数

socket：表示服务器端的套接字描述符；

backlog 表示排队连接队列的长度（若有多个客户端同时连接，则需要进行排队）；

address 表示当前连接客户端的本地地址，该参数为输出参数，是客户端传递过来的关于自身的信息；

address_len 表示当前连接客户端本地地址的字节长度，这个参数既是输入参数，又是输出参数。实现监听、接受和处理。

五. 连接

    客户端需要socket系统调用connect()连接到服务端，其函数原型如下：

int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);
参数

socket：客户端的套接字描述符

address：当前客户端的本地地址，是一个 struct sockaddr_un 类型的变量

address_len：表示本地地址的字节长度

五. 数据交互

    无论客户端还是服务器，都要和对方进行数据上的交互。一个进程扮演客户端的角色，另外一个进程扮演服务器的角色，两个进程之间相互发送接收数据，这就是基于本地套接字的进程通信。

    循环读取客户端发送的消息，当客户端没有发送数据时会阻塞直到有数据到来。如果想要多个连接并发处理，需要创建线程，将每个连接交给相应的线程并发处理。接收到数据后，进行相应的处理，将结果返回给客户端。发送和接收数据要使用 write 和 read 系统调用，它们的原形为：
int read(int socket, char *buffer, size_t len);
int write(int socket, char *buffer, size_t len);

以下为简单的，socket本地进程间通讯的例子：

1. 服务端

#include
#include
#include
#include

#define CAN_SERVICE "CAN_SERVICE"
int main(void)
{
    int ret;
    int len;
    int accept_fd;
    int socket_fd;
    static char recv_buf[1024];
    socklen_t clt_addr_len;
    struct sockaddr_un clt_addr;
    struct sockaddr_un srv_addr;

    socket_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
    if(socket_fd<0)
    {
        perror("cannot create communication socket");
        return 1;
    }

    // 设置服务器参数
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;
    strncpy(srv_addr.sun_path,CAN_SERVICE,sizeof(srv_addr.sun_path)-1);
    unlink(CAN_SERVICE);

    // 绑定socket地址
    ret=bind(socket_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot bind server socket");
        close(socket_fd);
        unlink(CAN_SERVICE);
        return 1;
    }

    // 监听
    ret=listen(socket_fd,1);
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot listen the client connect request");
        close(socket_fd);
        unlink(CAN_SERVICE);
        return 1;
    }

    // 接受connect请求
    len=sizeof(clt_addr);
    accept_fd=accept(socket_fd,(struct sockaddr*)&clt_addr,&len);
    if(accept_fd<0)
    {
        perror("cannot accept client connect request");
        close(socket_fd);
        unlink(CAN_SERVICE);
        return 1;
    }

    // 读取和写入
    memset(recv_buf,0,1024);
    int num=read(accept_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf));
    printf("Message from client (%d)) :%s\n",num,recv_buf);

    // 关闭socket
    close(accept_fd);
    close(socket_fd);
    unlink(CAN_SERVICE);
    return 0;
}

2. 客户端

#include
#include
#include
#include

#define CAN_SERVICE "CAN_SERVICE"
int main(void)
{
    int ret;
    int socket_fd;
    char snd_buf[1024];
    static struct sockaddr_un srv_addr;

// 创建socket
    socket_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
    if(socket_fd<0)
    {
        perror("cannot create communication socket");
        return 1;
    }
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;
    strcpy(srv_addr.sun_path,CAN_SERVICE);

// 连接到服务器
    ret=connect(socket_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot connect to the server");
        close(socket_fd);
        return 1;
    }
    memset(snd_buf,0,1024);
    strcpy(snd_buf,"message from client");

// 读取和写入
    write(socket_fd,snd_buf,sizeof(snd_buf));
    close(socket_fd);
    return 0;
}

gcc -o service service.c 

gcc -o client client.c

运行

与本地套接字相对应的是网络套接字，可以用于在网络上传送数据，换言之，可实现不同机器上的进程通信过程。在 TCP/IP 协议中，IP 地址的首字节为 127 即代表本地，因此本地套接字通信可以使用 IP 地址为 127.x.x.x 的网络套接字来实现。