Unix Domain Socket：在一个服务器进程和多个客户端进程之间使用数据报通信

Posted 2023-03-15

【中文标题】Unix Domain Socket：在一个服务器进程和多个客户端进程之间使用数据报通信

【英文标题】：Unix Domain Socket: Using datagram communication between one server process and several client processes

【发布时间】：2011-03-20 11:19:25

【问题描述】：

我想在 Linux 上的多个进程之间建立 IPC 连接。我以前从未使用过 UNIX 套接字，因此我不知道这是否是解决此问题的正确方法。

一个进程接收数据（未格式化，二进制），并应使用数据报协议（即类似于带有 AF_INET 的 UDP）通过本地 AF_UNIX 套接字分发此数据。从此进程发送到本地 Unix 套接字的数据应被多个侦听同一套接字的客户端接收。接收器的数量可能会有所不同。

为了实现这一点，下面的代码用于创建一个套接字并向它发送数据（服务器进程）：

struct sockaddr_un ipcFile;
memset(&ipcFile, 0, sizeof(ipcFile));
ipcFile.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(ipcFile.sun_path, filename.c_str());

int socket = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
bind(socket, (struct sockaddr *) &ipcFile, sizeof(ipcFile));
...
// buf contains the data, buflen contains the number of bytes
int bytes = write(socket, buf, buflen);
...
close(socket);
unlink(ipcFile.sun_path);

此写入返回 -1 并带有 errno 报告 ENOTCONN（“传输端点未连接”）。我猜这是因为当前没有接收进程正在监听这个本地套接字，对吗？

然后，我尝试创建一个连接到此套接字的客户端。

struct sockaddr_un ipcFile;
memset(&ipcFile, 0, sizeof(ipcFile));
ipcFile.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(ipcFile.sun_path, filename.c_str());

int socket = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);
bind(socket, (struct sockaddr *) &ipcFile, sizeof(ipcFile));
...
char buf[1024];
int bytes = read(socket, buf, sizeof(buf));
...
close(socket);

在这里，绑定失败（“地址已在使用中”）。那么，我是否需要设置一些套接字选项，或者这通常是错误的方法？

提前感谢任何 cmets / 解决方案！

【问题讨论】：

同时检查 php 作为客户端和 C 作为服务器 here

【参考方案1】：

在数据报配置中使用 Unix 域套接字有一个技巧。与流套接字（tcp 或 unix 域套接字）不同，数据报套接字需要为服务器和客户端定义端点。当在流套接字中建立连接时，客户端的端点由操作系统隐式创建。无论这对应于临时 TCP/UDP 端口，还是 unix 域的临时 inode，都会为您创建客户端的端点。这就是为什么您通常不需要为客户端中的流套接字发出对 bind() 的调用。

您看到“地址已在使用”的原因是您告诉客户端绑定到与服务器相同的地址。 bind() 是关于断言外部身份。两个套接字通常不能具有相同的名称。

对于数据报套接字，特别是 unix 域数据报套接字，客户端必须 bind() 到它的 自己的 端点，然后 connect() 到 服务器的 端点。这是您的客户端代码，稍作修改，并添加了一些其他好东西：

char * server_filename = "/tmp/socket-server";
char * client_filename = "/tmp/socket-client";

struct sockaddr_un server_addr;
struct sockaddr_un client_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(server_addr.sun_path, server_filename, 104); // XXX: should be limited to about 104 characters, system dependent

memset(&client_addr, 0, sizeof(client_addr));
client_addr.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(client_addr.sun_path, client_filename, 104);

// get socket
int sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0);

// bind client to client_filename
bind(sockfd, (struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(client_addr));

// connect client to server_filename
connect(sockfd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));

...
char buf[1024];
int bytes = read(sockfd, buf, sizeof(buf));
...
close(sockfd);

此时您的套接字应该已完全设置。我认为理论上你可以使用read()/write()，但通常我会使用send()/recv()作为数据报套接字。

通常，您需要在每次调用后检查错误，然后发出perror()。当出现问题时，它将极大地帮助您。一般来说，使用这样的模式：

if ((sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) 
    perror("socket failed");

这几乎适用于任何 C 系统调用。

对此的最佳参考是 Steven 的“Unix Network Programming”。在第 3 版中，第 15.4 节，第 415-419 页显示了一些示例并列出了许多注意事项。

顺便说一下，参考

我猜这是因为当前没有接收进程正在监听这个本地套接字，对吗？

我认为您对来自服务器中write() 的 ENOTCONN 错误是正确的。 UDP 套接字通常不会抱怨，因为它无法知道客户端进程是否正在侦听。但是，unix 域数据报套接字是不同的。事实上，如果客户端的接收缓冲区已满，write() 实际上会阻塞而不是丢弃数据包。这使得用于 IPC 的 unix 域数据报套接字优于 UDP，因为 UDP 在负载下肯定会丢弃数据包，即使在 localhost 上也是如此。另一方面，这意味着你必须小心快速的作者和慢速的读者。

【讨论】：

我能够使用这个答案连接点，来自@caf 的一个，以及thomasstover.com/uds.html 的最后两个源文件（请注意，该代码中有几个小错误）。如果没有获取客户端地址，问题中的服务器代码将无法工作，我在阅读 caf 的答案时意识到这一点。

以“UDP 套接字通常不会抱怨”和“这使得 unix 域数据报套接字优于 UDP”开头的句子都是不正确的。您所说的关于 Unix 域数据报套接字的大部分内容（如果不是全部）同样适用于 IP 域 UDP 套接字：具体来说，它们必须连接才能使用 write(), 并且它们会阻塞 write() 或 send()而发送缓冲区已满。 -1 表示错误信息。

@EJP：我想你误解了我的一些回答。我并不是要暗示在write() 期间套接字可能会断开连接，并且我没有提到任何有关完整发送缓冲区（只有完整接收缓冲区）的内容。我移动了您在下面提到的段落，因为它讨论了一个辅助问题，这可能是混淆的一部分。

我理解远离任何与 unix 域相关的东西的愿望。我怀疑这个问题的许多观众都是在这里做作业的，但实际上并没有这个选择。此外，unix 域数据报套接字在技术上是不可靠的，但对于进程间通信，它们比 UDP 可靠得多。我试图在我的项目queueable 中测量 UDP，但 UDP 丢弃了很大一部分数据包。除非您需要非常低的延迟，否则最好使用 TCP - 至少在 Linux 上，根据该工具的测量结果，它的性能最好。

域名 thomasstover.com/uds.html 不再指向那篇文章，但the archive 中有一个版本，如果你正在寻找那篇文章的migrated domain完整的例子。

【参考方案2】：

您的错误的直接原因是write() 不知道您要将数据发送到哪里到。 bind() 设置套接字的 your 端的名称 - 即。数据的来源来自。要设置套接字的目标端，您可以使用connect()；或者您可以使用sendto() 而不是write()。

另一个错误（“地址已在使用”）是因为只有一个进程可以bind() 到一个地址。

您需要改变方法以考虑到这一点。你的服务器需要监听一个众所周知的地址，设置为bind()。您的客户需要向该地址的服务器发送一条消息，以注册他们对接收数据报的兴趣。服务器会收到来自客户端的注册消息，使用recvfrom()，并记录每个客户端使用的地址。当它想要发送消息时，它必须遍历它知道的所有客户端，使用sendto() 依次向每个客户端发送消息。

或者，您可以使用本地 IP 多播而不是 UNIX 域套接字（UNIX 域套接字不支持多播）。

【参考方案3】：

如果问题是关于广播（据我所知），那么根据unix(4) - UNIX-domain protocol family，广播它不适用于 UNIX 域套接字：

Unix Ns 域协议族不支持 广播寻址或任何形式的“通配符”匹配 关于传入的消息。所有地址都是绝对地址或 其他 Unix Ns 域套接字的相对路径名。

多播可能是一种选择，但我知道它不适用于 POSIX，尽管Linux supports UNIX Domain Socket multicast。

另见：Introducing multicast Unix sockets。

【参考方案4】：

它会因为 服务器或客户端在取消链接/删除绑定（）文件关联之前死亡。 使用此绑定路径的任何客户端/服务器，请尝试再次运行服务器。

解决方案： 当您想再次绑定时，只需检查该文件是否已关联，然后取消链接该文件。 如何踏步： 首先通过 access(2) 检查该文件的访问； 如果是，则取消链接（2）它。 把这段代码放在 bind() 调用之前，位置是独立的。

 if(!access(filename.c_str()))
    unlink(filename.c_str());

更多参考请阅读 unix(7)

【参考方案5】：

使用共享内存或命名管道不是更容易吗？套接字是两个进程之间的连接（在相同或不同的机器上）。这不是一种大众传播方式。

如果你想为多个客户端提供一些东西，你可以创建一个等待连接的服务器，然后所有客户端都可以连接并为它们提供信息。您可以通过使程序多线程或通过分叉进程来接受并发连接。服务器与多个客户端建立多个基于套接字的连接，而不是多个客户端连接到一个套接字。

【参考方案6】：

您应该研究 IP 多播而不是 Unix 域的任何东西。目前，您只是想写信给无处可去。如果你连接到一个客户端，你只会写给那个客户端。

这些东西不像你想象的那样起作用。

【讨论】：

当然，为什么不呢？否则他必须每条消息发送 N 次，并且客户端不会同时收到所有消息，这会产生公平问题。

我很抱歉；我只是从未见过 UNIX 套接字的多播地址。你有一个有效的例子，还是我误解了你的帖子？

这是一个不同的问题。我也没有。

澄清一下，我推荐 IP 多播而不是 Unix 域的任何东西。

我不确定多播在这种情况下是否会产生很大的不同。您对 UNIX 套接字所做的所有事情都是将数据包放入本地缓冲区中，因此只需几纳秒的差异

【参考方案7】：

您可以使用以下代码解决绑定错误：

int use = yesno;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&use, sizeof(int));

对于UDP协议，如果你想使用write()或send()，你必须调用connect()，否则你应该使用sendto()。

为实现您的要求，以下伪代码可能会有所帮助：

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)
set RESUSEADDR with setsockopt
bind()
while (1) 
   recvfrom()
   sendto()

【讨论】：

OP 询问了针对 AF_UNIX 而不是 AF_INET 的解决方案