Unix域套接字简介

在Linux系统中，有很多进程间通信方式，套接字（Socket）就是其中的一种。但传统的套接字的用法都是基于TCP/IP协议栈的，需要指定IP地址。如果不同主机上的两个进程进行通信，当然这样做没什么问题。但是，如果只需要在一台机器上的两个不同进程间通信，还要用到IP地址就有点大材小用了。

其实很多人并不一定知道，对于套接字来说，还存在一种叫做Unix域套接字的类别，专门用来解决这个问题。其API的掉用方法基本上和普通TCP/IP的套接字一样，只是有些许差别。

因此，再正式介绍之前，先来复习一下套接字从创建，到传输数据，再到最后关闭的所有过程：

上边的图代表面向流的套接字，对于TCP/IP套接字来说，代表TCP协议；下边的图代表面向数据包的套接字，对于TCP/IP套接字来说，代表UDP协议。接下来，我们将特别针对普通TCP/IP套接字和Unix域套接字的不同，对这些API做一些解释。

1）socket()

最开始肯定还是要创建一个套接字：

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

API定义是一样的，不过这里的第一个参数，也就是域一定要设置成AF_UNIX或AF_LOCAL，而不是普通TCP/IP套接字的AF_INET。第二个参数表示套接字的类型，分为流套接字（SOCK_STREAM）和数据包套接字（SOCK_DGRAM）。不同于普通的AF_INET的Socket，由于都是在本机通过内核通信，所以SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM都是可靠的，不会丢包也不会出现发送包的次序和接收包的次序不一致的问题。它们的区别仅仅是，SOCK_STREAM无论发送多大的数据都不会被截断，而对于SOCK_DGRAM来说，如果发送的数据超过了一个报文的最大长度，则数据会被截断。而最后一个参数，表示协议，对于Unix域套接字来说，其一定是被设置成0。因此，一般通过下面的方式创建一个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);    // 数据包式套接字

2）bind()

对于流式套接字的服务器端来说，在用socket()函数获得了新创建套接字的文件描述符之后，还要将其绑定到一个地址上去：

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结构体来表示的，其结构如下：

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

结构体中的第一个字段必须要设置成“AF_UNIX”。而第二个字段，表示的是一个路径名。因此，要将一个Unix域套接字绑定到一个本地地址上，需要创建并初始化一个sockaddr_un结构体，并将指向这个结构体的指针作为addr参数（需要类型转换）传入bind()函数，并将addrlen参数设置成这个结构体的实际大小。

这里还要特别提一下这个路径名，其实还要分为两种，一种是普通路径名，另一种是抽象路径名。

首先来说说普通路径名，这个很好理解，就是一个基本的Linux文件路径，其必须要以NULL（'\0'）结尾。在绑定一个Unix域套接字时，会在文件系统中的相应位置上创建一个文件，且这个文件的类型被标记为“Socket”，因此这个文件无法用open()函数打开。当不再需要这个Unix域套接字时，可以使用remove()函数或者unlink()函数将这个对应的文件删除。如果在文件系统中，已经有了一个文件和指定的路径名相同，则绑定会失败（返回错误EADDRINUSE）。所以，一个套接字只能绑定到一个路径上，同样的，一个路径也只能被一个套接字绑定。

接下来看看什么叫抽象路径名，这其实是Linux特有的一个特性，它允许将一个Unix域套接字绑定到一个名字上，且不会在文件系统中创建这个名字的文件。如果要创建一个抽象名字空间的绑定，必须要将sun_path字段的第一个字节设置成NULL（'\0'），而且和普通的文件系统名字空间不同的是，系统会用sun_path除第一个字节之后余下的所有字节当做抽象名字。也就是说在解析抽象路径名时需要用到sun_path字段当中所有的字节，而不是像解析普通路径名一样，解析到第一个NULL就可以停止了。因为不会再在文件系统中创建文件了，所以对于抽象路径名来说，就不需要担心与文件系统中已存在的文件产生名字冲突的问题了，也不需要在使用完套接字之后删除附带产生的这个文件了，当套接字被关闭之后会自动删除这个抽象名。

最后再提一下权限的问题，因为要在文件系统中创建相应的文件，对于普通路径名来说，掉用bind()函数的进程必须要有路径名中目录部分的可写和可访问权限。还有，在默认情况下，在调用bind()函数时，会给所有者、组和其他用户赋予所有的权限（即777），如果想改变这个行为，可以在bind()之后再修改创建的文件的权限和属性。

3）listen()

对于流式套接字的服务器端来说，listen()函数在TCP/IP套接字和Unix域套接字中调用方式是一样的，没有区别：

int listen(int sockfd, int backlog);

4）accept()

对于流式套接字的服务器端来说，在调用bind()绑定完本地路径之后，还需要接收客户端的请求，这是通过调用accept()函数来实现的：

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

与普通的TCP/IP套接字不同，Unix域套接字不存在客户端地址的问题（都在一台机器上），因此这里的addr和addrlen参数都要设置成NULL。在这里，不同进程像这个服务器端进程发送的流数据是在内核里面区分的，并绑定到了accept()创建的套接字中了。而数据包套接字就没有这种对应关系，所以还是要在代码中区分出来，后面会介绍。

5）connect()

对于流式套接字的客户端来说，在用socket()函数获得了新创建套接字的文件描述符之后，就可以调用connect()函数连接服务器端了：

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

这个函数在TCP/IP套接字中和在Unix域套接字中调用方式基本相同，只不过和bind()函数一样，地址addr必须是以sockaddr_un结构体来表示。

6）read()和write()

对于流式套接字的服务器端来说，read()和write函数在TCP/IP套接字和Unix域套接字中调用方式是一样的，没有区别：

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()

对于数据包事套接字来说，在服务器端recvfrom()用来接收客户端发送的请求，而在客户端这个函数用来接收服务器端发送过来的响应：

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

同时，在客户端sendto()用来向服务器端发送请求数据，而服务器端用这个函数来向客户端发送响应数据：

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

前面也提到了，对于数据包套接字来说，服务器端在发送响应数据时是需要知道客户端到底是哪个的，从而后面可以将相应的响应数据发送给正确的客户端。而客户端也需要知道到底是向哪个服务器端发送数据，或者说接收到的响应数据到底来自哪个服务器端（当然，如果只保证和一个服务器端通信就没有这个问题）。

但是，按照普通的包套接字创建和连接的流程，只是在服务器端掉用bind()函数绑定了一个地址，而客户端并没有地址。这在流式套接字中没有问题，内核已经在服务器端调用accept()函数接收一个客户端连接时创建了一个新的套接字，从而将一一对应关系绑定到了这个新的套接字上了。所以，对于包套接字来说，在客户端还需要再掉用bind()函数绑定一次，人为的创建一个客户端地址，且这个客户端路径名地址显然不能和服务器端的路径名相同。

剩下的就都和普通的TCP/IP套接字相同了，只不过地址addr必须是以sockaddr_un结构体来表示罢了。