一、知識准備
1、在linux中，一切皆為文件，所有不同種類的類型都被抽象成文件（比如：塊設備，socket套接字，pipe隊列）
2、操作這些不同的類型就像操作文件一樣，比如增刪改查等
3、主要用於：運行在同一台機器上的2個進程相互之間的數據通信
4、它們和網絡文件描述符非常相似（比如：TCP socket），他們的通信發生在操作系統內核
二、環境准備
| 組件 | 版本 |
|---|---|
| OS | CentOS Linux release 7.5.1804 |
三、Unix domain socket 文件描述符
先准備2個腳本：
server.py主要用於建立客戶端的連接請求，並且接收客戶端傳來的數據，然后將收到的數據回傳給客戶端
client.py每隔1秒向服務端發送一次'hello world'
server.py：
import socket
server_addr = '/tmp/server.sock'
sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(server_addr)
sock.listen(0)
while True:
conn, clientAddr = sock.accept()
while True:
data = conn.recv(100)
conn.sendall(data)
client.py:
import socket
import time
server_addr = '/tmp/server.sock'
sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(server_addr)
while True:
message = 'hello world!'
sock.sendall(message)
sock.recv(100)
time.sleep(1)
sock.close()
先看下server.py的狀態：
[root@localhost ~]# python /tmp/server.py &
[1] 2554
[root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28724]
[root@localhost ~]# grep 28724 /proc/net/unix
ffff90d8ba564000: 00000002 00000000 00010000 0001 01 28724 /tmp/server.sock
[root@localhost ~]# lsof -n | grep 28724
python 2554 root 3u unix 0xffff90d8ba564000 0t0 28724 /tmp/server.sock
[root@localhost ~]# netstat -anp | grep 28724
unix 2 [ ACC ] STREAM LISTENING 28724 2554/python /tmp/server.sock
進程2554創建了打開了unix domain socket描述符（3 -> socket:[19803]），並且通過該描述符，打開了/tmp/server.sock文件，其主要作用是用於監聽
我們運行client.py並觀察狀態
[root@localhost ~]# python /tmp/client.py &
[2] 2555
[root@localhost ~]# ls -l /proc/2555/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28728]
[root@localhost ~]# grep 28728 /proc/net/unix
ffff90d8b95b0400: 00000003 00000000 00000000 0001 03 28728
[root@localhost ~]# lsof -n | grep 28728
python 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket
與server.py的行為差不多。client.py也創建了unix domain socket描述符3 -> socket:[28728]，通過socket:[18974]，找到一條socket
查看server.py發生的變化：
[root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28724]
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 4 -> socket:[28725]
server.py新增了一個4 -> socket:[28725]，這是剛才client.py連接成功之后server.py新打開的描述符
[root@localhost ~]# lsof -n | grep -E '28728|28724|28725'
python 2554 root 3u unix 0xffff90d8ba564000 0t0 28724 /tmp/server.sock
python 2554 root 4u unix 0xffff90d8b95b0000 0t0 28725 /tmp/server.sock
python 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket
[root@localhost ~]# netstat -anp | grep unix | grep -E '28728|28724|28725'
unix 2 [ ACC ] STREAM LISTENING 28724 2554/python /tmp/server.sock
unix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28725 2554/python /tmp/server.sock
unix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28728 2555/python
到目前為止，整個unix domain socket的通信過程已經比較清晰的展現了：
● server.py啟動之后，打開監聽的描述符，等待來自客戶端的連接請求
● client.py啟動之后，與server連接成功，打開一個描述符用於與server.py通信
● server.py會再打開一個描述符用於與client.py進行數據通信
但是目前還有2個問題：
（1）/tmp/server.sock到底作用是什么
（2）server與client是怎么進行數據通信的
問題（1）
● /tmp/server.sock是操作系統的實體文件，擁有一個全局的文件系統描述符，這個描述符在操作系統中是唯一的
● server.py啟動時打開了server.sock，就聲名了與server.py建立連接就只能通過server.sock文件
● 這就相當於TCP socket中四元組中的兩元（server_ip:server_port）
問題（2）
我們來使用strace命令看看server.py的內核調用
[root@localhost tmp]# strace -p 2554
strace: Process 2554 attached
recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
server.py在接收客戶端數據的時候，使用了 4 -> socket:[28725]這個文件描述符
再看client.py的內核調用
[root@localhost tmp]# strace -p 2555
strace: Process 2555 attached
select(0, NULL, NULL, NULL, {0, 996991}) = 0 (Timeout)
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(3, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0}) = 0 (Timeout)
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(3, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
client.py在與server.py通信的時候使用了 3 -> socket:[28728]
結論：
● server.py與client.py連接建立成功之后，都會各自在自己的進程下打開unix domain socket描述符，該描述符來指向對應的socket內存空間（下面簡稱s_mem）
● client.py通過3 -> socket:[28728]，找到s_mem，然后寫入數據hello world!
● server.py通過4 -> socket:[28725]，找到s_mem，讀取數據hello world!，並且原封不動的發送這串數據給client.py
● client.py通過讀取s_mem，獲取從server.py傳來的數據
● 循環往復
client.py server.py
+---------------+ +---------------+
|pid:2555 | |pid:2554 |
| +-----+ | | +-----+ |
| |fd:3 | | | |fd:4 | |
| +-----+ | | +-----+ |
+---------------+ +---------------+
| |
user space | |
+---------------------------------------------------------------------+
kernel space | |
| |
v v
+--------------+ +--------------+
|socket:[28728]| |socket:[28725]|
+------+-------+ +------+-------+
| |
| |
v v
+------------------------------------+
| socket |
+------------------------------------+
四、小結
● /tmp/server.sock作為建立unix domain socket連接的唯一標識符
● unix domain socket連接建立完成之后在內存開辟一塊空間，而server與client在這塊內存空間中進行數據傳輸
● 在同一台機器上的進程通信，unix domain socket比tcp socket更快，因為它不需要網絡協議棧，不需要打包拆包、計算校驗和、維護序號和應答等等過程
五、參考資料
https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_domain_socket
至此，本文結束
在下才疏學淺，有撒湯漏水的，請各位不吝賜教...