Unix Domain Scoket 使用解析之 UDP 篇

Android Framework 的 Native 层大量使用了 Unix domain scoket。Unix domain socket 又叫 IPC(inter-process communication 进程间通信) socket，用于实现同一主机上的进程间通信。socket 原本是为网络通讯设计的，但后来在 socket 的框架上发展出一种 IPC 机制，就是 UNIX domain socket。虽然网络 socket 也可用于同一台主机的进程间通讯(通过 loopback 地址 127.0.0.1)，但是 UNIX domain socket 用于 IPC 更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为，IPC 机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。

UDP 相关API

整体框架：

无论是 Server 还是 Client，流程一致：

• 构建 socket
• bind
• sendto/recvfrom
• close

构建 socket

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

• domain 指定Socket类型，AF_INET,AF_INET6,AF_UNIX,分别对应 ipv4、ipv6 和 Unix Domain Socket
• type 可以选择 SOCK_DGRAM 或 SOCK_STREAM。SOCK_STREAM 意味着会提供按顺序的、可靠、双向、面向连接的比特流。SOCK_DGRAM 意味着会提供定长的、不可靠、无连接的通信。
• protocol 参数指定为 0 即可

对于 Unix Domain Socket，一般这样初始化：

int fd = socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);

bind

收发数据之前，需要对 socket 进行绑定操作：

int bind (int fd, CONST_SOCKADDR_ARG addr, socklen_t len)

• fd 是构建 socket 过程中返回的文件描述符
• addr 指定了地址，它是 sockaddr_un 类型，在 sys/un.h 头文件中定义
• len 用于指定 addr 的长度

addr 数据结构定义如下：

struct sockaddr_un{
	sa_family_t sun_family;   // always AF_UNIX
	char sun_path[128];  
};

用法如下：

char* server_file = "server.sock";
struct sockaddr_un addr;
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(addr.sun_path,server_file);
bind(fd,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr));

对于 UDP，不需要监听和接受连接，直接读写数据：

写数据：

ssize_t sendto(int fd, const void *buf, size_t n,
		       int flags, CONST_SOCKADDR_ARG addr,
		       socklen_t addr_len)

• fd socket 的文件描述符
• buf 存了要发送的消息
• n 要发送的消息的容量
• flags 操作位，一般是 0
• addr 要发送的对象的地址
• addr_len addr 的字节大小

如果写入成功就返回实际的消息字节数量，否则返回 -1，使用方法如下：

char *p = "OK,I got id!";
//clientaddr 要指定发送对象的地址
int ssize = sendto(fd,p,strlen(p),0,(sockaddr*)&clientaddr,len);
if (ssize < 0)
{
    perror("sendto");
    return -1;
}

读信息：

ssize_t recvfrom (int fd, void *restrict buf, size_t n,
			 int flags, SOCKADDR_ARG addr,
			 socklen_t *restrict addr_len)

• fd socket的文件描述符
• buf 用来存放接收到的新消息
• n 接收到的信息的大小
• flags 操作位，取О就好
• addr 用来存放消息发送者的地址，是指针类型
• addr_len addr的字节大小，注意的是它也是指针类型

用法如下：

struct sockaddr_un clientaddr;
socklen_t len = sizeof(clientaddr);

char msgrecv[1024];

memset(msgrecv,'\0',1024);
int size = recvfrom(fd,msgrecv,sizeof(msgrecv),0,(sockaddr*)&clientaddr,&len);
if (size < 0)
{
    perror("recv");
    return -1;
}

关闭 Socket

int close (int fd)

这个没什么好说的

示例代码

//服务端
// updserver.cpp
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/un.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;


char* server_file = "server.sock";

int main(int argc,char** argv)
{
    int fd = socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);

    if (fd < 0)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }


    struct sockaddr_un addr;
    memset(&addr,0,sizeof(addr));
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path,server_file);

    if (access(addr.sun_path,0) != -1)
    {
        remove(addr.sun_path);
    }

    if(bind(fd,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) < 0)
    {
        perror("bind");
        return -1;
    }


    struct sockaddr_un clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(clientaddr);

    char msgrecv[1024];

    

    while (1)
    {
        memset(msgrecv,'\0',1024);
        int size = recvfrom(fd,msgrecv,sizeof(msgrecv),0,(sockaddr*)&clientaddr,&len);
        if (size < 0)
        {
            perror("recv");
            return -1;
        }


        cout << "I'm server,receive a msg: " << msgrecv  << " from: " << clientaddr.sun_path << endl;

        if (strncmp("quit",msgrecv,4) == 0)
        {
            cout << "Server is exiting!" << endl;
            break;
        }

        char *p = "OK,I got id!";
        int ssize = sendto(fd,p,strlen(p),0,(sockaddr*)&clientaddr,len);
        if (ssize < 0)
        {
            perror("sendto");
            return -1;
        }

        sleep(1);
    }


    if (close(fd) < 0)
    {
        perror("close");
        return -1;
    }

    return 0;
    
}

// 客户端
// updclient.cpp
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/un.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;


char* server_file = "server.sock";
char* client_file = "client.sock";

int main(int argc,char** argv)
{
    int fd = socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);

    if (fd < 0)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }


    struct sockaddr_un addr;
    memset(&addr,0,sizeof(addr));
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path,client_file);

    if (access(addr.sun_path,0) != -1)
    {
        remove(addr.sun_path);
    }

    if(bind(fd,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) < 0)
    {
        perror("bind");
        return -1;
    }


    struct sockaddr_un clientaddr;
    socklen_t len = sizeof(clientaddr);

    char msgrecv[1024];
    struct sockaddr_un serveraddr;
    memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(serveraddr.sun_path,server_file);

    

    char *p = "Hello,how are you?";
    int ssize = sendto(fd,p,strlen(p),0,(sockaddr*)&serveraddr,len);
    if (ssize < 0)
    {
        perror("sendto");
        return -1;
    }

    int size = recvfrom(fd,msgrecv,sizeof(msgrecv),0,(sockaddr*)&serveraddr,&len);
    if (size < 0)
    {
        perror("recv");
        return -1;
    }

    cout << "I'm client，receive a msg :" << msgrecv << endl;

    sleep(2);

    char* goodbye = "quit";

    if (sendto(fd,goodbye,strlen(goodbye),0,(sockaddr*)&serveraddr,len) < 0)
    {
        perror("sendto");
        return -1;
    }



    if (close(fd) < 0)
    {
        perror("close");
        return -1;
    }

    return 0;
    
}

参考资料

• Android LocalSocket 详细解析
• Unix domain socket 简介
• Linux 多进程通信开发(八): unix domain socket 之 TCP 通信
• Linux 多进程通信开发(七): unix domain socket 之 UDP 通信
• Android Java层和Native层通信实战大荟萃之LocalSocket实现通信

关于

我叫阿豪，2015 年本科毕业于国防科学技术大学指挥信息系统专业，毕业后从事信息化装备的研发工作，工作内容主要涉及 Android Framework 与 Linux Kernel。

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