Unix域套接字簡介

在Linux系統中，有很多進程間通信方式，套接字（Socket）就是其中的一種。但傳統的套接字的用法都是基於TCP/IP協議棧的，需要指定IP地址。如果不同主機上的兩個進程進行通信，當然這樣做沒什么問題。但是，如果只需要在一台機器上的兩個不同進程間通信，還要用到IP地址就有點大材小用了。

其實很多人並不一定知道，對於套接字來說，還存在一種叫做Unix域套接字的類別，專門用來解決這個問題。其API的掉用方法基本上和普通TCP/IP的套接字一樣，只是有些許差別。

因此，再正式介紹之前，先來復習一下套接字從創建，到傳輸數據，再到最后關閉的所有過程：

上邊的圖代表面向流的套接字，對於TCP/IP套接字來說，代表TCP協議；下邊的圖代表面向數據包的套接字，對於TCP/IP套接字來說，代表UDP協議。接下來，我們將特別針對普通TCP/IP套接字和Unix域套接字的不同，對這些API做一些解釋。

1）socket()

最開始肯定還是要創建一個套接字：

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

API定義是一樣的，不過這里的第一個參數，也就是域一定要設置成AF_UNIX或AF_LOCAL，而不是普通TCP/IP套接字的AF_INET。第二個參數表示套接字的類型，分為流套接字（SOCK_STREAM）和數據包套接字（SOCK_DGRAM）。不同於普通的AF_INET的Socket，由於都是在本機通過內核通信，所以SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM都是可靠的，不會丟包也不會出現發送包的次序和接收包的次序不一致的問題。它們的區別僅僅是，SOCK_STREAM無論發送多大的數據都不會被截斷，而對於SOCK_DGRAM來說，如果發送的數據超過了一個報文的最大長度，則數據會被截斷。而最后一個參數，表示協議，對於Unix域套接字來說，其一定是被設置成0。因此，一般通過下面的方式創建一個Unix域套接字：

int sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);  // 流式Unix域套接字
int sockfd = socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM, 0);    // 數據包式套接字

2）bind()

對於流式套接字的服務器端來說，在用socket()函數獲得了新創建套接字的文件描述符之后，還要將其綁定到一個地址上去：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

在Unix域套接字中，套接字的地址是以sockaddr_un結構體來表示的，其結構如下：

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;
    char sun_path[108];
}

結構體中的第一個字段必須要設置成“AF_UNIX”。而第二個字段，表示的是一個路徑名。因此，要將一個Unix域套接字綁定到一個本地地址上，需要創建並初始化一個sockaddr_un結構體，並將指向這個結構體的指針作為addr參數（需要類型轉換）傳入bind()函數，並將addrlen參數設置成這個結構體的實際大小。

這里還要特別提一下這個路徑名，其實還要分為兩種，一種是普通路徑名，另一種是抽象路徑名。

首先來說說普通路徑名，這個很好理解，就是一個基本的Linux文件路徑，其必須要以NULL（'\0'）結尾。在綁定一個Unix域套接字時，會在文件系統中的相應位置上創建一個文件，且這個文件的類型被標記為“Socket”，因此這個文件無法用open()函數打開。當不再需要這個Unix域套接字時，可以使用remove()函數或者unlink()函數將這個對應的文件刪除。如果在文件系統中，已經有了一個文件和指定的路徑名相同，則綁定會失敗（返回錯誤EADDRINUSE）。所以，一個套接字只能綁定到一個路徑上，同樣的，一個路徑也只能被一個套接字綁定。

接下來看看什么叫抽象路徑名，這其實是Linux特有的一個特性，它允許將一個Unix域套接字綁定到一個名字上，且不會在文件系統中創建這個名字的文件。如果要創建一個抽象名字空間的綁定，必須要將sun_path字段的第一個字節設置成NULL（'\0'），而且和普通的文件系統名字空間不同的是，系統會用sun_path除第一個字節之后余下的所有字節當做抽象名字。也就是說在解析抽象路徑名時需要用到sun_path字段當中所有的字節，而不是像解析普通路徑名一樣，解析到第一個NULL就可以停止了。因為不會再在文件系統中創建文件了，所以對於抽象路徑名來說，就不需要擔心與文件系統中已存在的文件產生名字沖突的問題了，也不需要在使用完套接字之后刪除附帶產生的這個文件了，當套接字被關閉之后會自動刪除這個抽象名。

最后再提一下權限的問題，因為要在文件系統中創建相應的文件，對於普通路徑名來說，掉用bind()函數的進程必須要有路徑名中目錄部分的可寫和可訪問權限。還有，在默認情況下，在調用bind()函數時，會給所有者、組和其他用戶賦予所有的權限（即777），如果想改變這個行為，可以在bind()之后再修改創建的文件的權限和屬性。

3）listen()

對於流式套接字的服務器端來說，listen()函數在TCP/IP套接字和Unix域套接字中調用方式是一樣的，沒有區別：

int listen(int sockfd, int backlog);

4）accept()

對於流式套接字的服務器端來說，在調用bind()綁定完本地路徑之后，還需要接收客戶端的請求，這是通過調用accept()函數來實現的：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

與普通的TCP/IP套接字不同，Unix域套接字不存在客戶端地址的問題（都在一台機器上），因此這里的addr和addrlen參數都要設置成NULL。在這里，不同進程像這個服務器端進程發送的流數據是在內核里面區分的，並綁定到了accept()創建的套接字中了。而數據包套接字就沒有這種對應關系，所以還是要在代碼中區分出來，后面會介紹。

5）connect()

對於流式套接字的客戶端來說，在用socket()函數獲得了新創建套接字的文件描述符之后，就可以調用connect()函數連接服務器端了：

int connect(int sockfd, struct sockaddr *addr,int addrlen);

這個函數在TCP/IP套接字中和在Unix域套接字中調用方式基本相同，只不過和bind()函數一樣，地址addr必須是以sockaddr_un結構體來表示。

6）read()和write()

對於流式套接字的服務器端來說，read()和write函數在TCP/IP套接字和Unix域套接字中調用方式是一樣的，沒有區別：

ssize_t read(int sockfd, void *buf, size_t length);
ssize_t write(int sockfd, const void *buf, size_t length);

7）recvfrom()和sendto()

對於數據包事套接字來說，在服務器端recvfrom()用來接收客戶端發送的請求，而在客戶端這個函數用來接收服務器端發送過來的響應：

int recvfrom(int sockfd, void *buf, int length, unsigned int flags, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

同時，在客戶端sendto()用來向服務器端發送請求數據，而服務器端用這個函數來向客戶端發送響應數據：

int sendto (int sockfd, const void *buf, int length, unsigned int flags, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

前面也提到了，對於數據包套接字來說，服務器端在發送響應數據時是需要知道客戶端到底是哪個的，從而后面可以將相應的響應數據發送給正確的客戶端。而客戶端也需要知道到底是向哪個服務器端發送數據，或者說接收到的響應數據到底來自哪個服務器端（當然，如果只保證和一個服務器端通信就沒有這個問題）。

但是，按照普通的包套接字創建和連接的流程，只是在服務器端掉用bind()函數綁定了一個地址，而客戶端並沒有地址。這在流式套接字中沒有問題，內核已經在服務器端調用accept()函數接收一個客戶端連接時創建了一個新的套接字，從而將一一對應關系綁定到了這個新的套接字上了。所以，對於包套接字來說，在客戶端還需要再掉用bind()函數綁定一次，人為的創建一個客戶端地址，且這個客戶端路徑名地址顯然不能和服務器端的路徑名相同。

剩下的就都和普通的TCP/IP套接字相同了，只不過地址addr必須是以sockaddr_un結構體來表示罷了。