详解Unix Socket，已经与TCP/UDP 的区别

下面详细介绍 Unix Socket（Unix Domain Socket, UDS），包括其概念、特点、使用场景、API 交互方式、与 TCP/UDP 的对比、以及在 Linux 日志系统（如 rsyslog、journald）中的应用。

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1. 什么是 Unix Socket

Unix Socket 是一种 进程间通信（IPC, Inter-Process Communication）机制 ，与 TCP/UDP 套接字类似，但只在 同一台主机上工作。

• 本质：

  基于 文件系统路径 或 内核抽象命名空间 的通信端点。

• 协议族：

  使用 AF_UNIX 或 AF_LOCAL 协议族。

• 数据传输方式：

  • 流式（SOCK_STREAM） ：类似 TCP，保证有序、可靠。
  • 数据报式（SOCK_DGRAM） ：类似 UDP，但没有网络层，性能更高。

常见的 Unix Socket 文件路径：

路径	作用
/dev/log	传统 syslog 日志输入
/run/systemd/journal/syslog	journald → rsyslog 日志转发
/var/run/docker.sock	Docker CLI 与 Docker Daemon 通信
/tmp/mysql.sock	MySQL 客户端与服务器通信

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2. Unix Socket 与 TCP/UDP 的区别

特性	Unix Socket	TCP Socket	UDP Socket
使用场景	同一台主机进程间通信	远程可靠传输	远程快速传输
协议族	AF_UNIX	AF_INET / AF_INET6	AF_INET / AF_INET6
寻址方式	文件路径或抽象命名空间	IP + 端口	IP + 端口
传输模式	流式 / 数据报	流式	数据报
可靠性	内核保证可靠传输	TCP 协议保证	无连接，不可靠
性能	最快（无网络栈）	慢于 Unix Socket	快于 TCP，慢于 Unix Socket
典型路径	/dev/log、/var/run/docker.sock	127.0.0.1:80	127.0.0.1:514

结论：

如果客户端和服务端在同一主机上，Unix Socket 是首选，因为它无需网络协议栈，性能高、延迟低。

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3. Unix Socket 的类型

Unix Socket 有三种主要类型：

类型	宏定义	特点	使用场景
流式 Socket	SOCK_STREAM	面向连接，可靠，有序，类似 TCP	rsyslog imuxsock、Docker、MySQL
数据报 Socket	SOCK_DGRAM	无连接，消息边界保留，类似 UDP	传统 syslog
原始 Socket	SOCK_RAW	底层通信，需要 root 权限	调试或特殊应用

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4. Unix Socket 工作原理

4.1 流程示例

一个典型的 Unix Socket 通信过程（客户端 ↔ 服务端）：

Client                     Kernel                    Server
  |                          |                         |
  | socket(AF_UNIX)          |                         |
  |------------------------->|                         |
  |                          |                         |
  | connect("/dev/log")      |                         |
  |------------------------->|                         |
  |                          |                         |
  |         数据写入 write()  |                         |
  |------------------------->| recvfrom()              |
  |                          |------------------------>|

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4.2 地址结构：sockaddr_un

Unix Socket 使用 struct sockaddr_un 来指定 socket 地址：

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;   // AF_UNIX
    char sun_path[108];       // 文件路径，如 /dev/log
};

特点：

• sun_path 存储的是文件系统路径。

• 也可以使用 Linux 特有的 抽象命名空间：

  • sun_path[0] = '\0'，后续字节为名称。
  • 不会在文件系统上生成实际文件。
  • 例如："\0my_socket"。

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5. Unix Socket 在 rsyslog 中的应用

5.1 rsyslog 本地日志收集

rsyslog 使用 imuxsock 模块监听 /dev/log：

App (logger, sshd, cron)
    |
    | syslog() 调用
    V
/dev/log (Unix Socket)
    |
    | <-- imuxsock 模块监听
    V
rsyslog 处理规则

配置：

module(load="imuxsock")  # 加载 imuxsock 模块

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5.2 journald 与 rsyslog 协作

现代 Linux 发行版使用 systemd-journald 作为第一级日志收集器。

日志流向如下：

App → /dev/log (Unix Socket) → journald
      |
      V
/run/systemd/journal/syslog → imuxsock → rsyslog

在这种模式下，rsyslog 实际监听 /run/systemd/journal/syslog。

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6. Unix Socket 实例演示

6.1 服务器端

#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

#define SOCKET_PATH "/tmp/unix_demo.sock"

int main() {
    int fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path, SOCKET_PATH);
    unlink(SOCKET_PATH);  // 确保路径不存在

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

    listen(fd, 5);
    printf("Server listening on %s\n", SOCKET_PATH);

    int client_fd = accept(fd, NULL, NULL);
    char buf[128];
    read(client_fd, buf, sizeof(buf));
    printf("Received: %s\n", buf);

    close(client_fd);
    close(fd);
    unlink(SOCKET_PATH);
    return 0;
}

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6.2 客户端

#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define SOCKET_PATH "/tmp/unix_demo.sock"

int main() {
    int fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path, SOCKET_PATH);

    if (connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("connect");
        exit(1);
    }

    char *msg = "Hello Unix Socket!";
    write(fd, msg, strlen(msg));
    close(fd);
    return 0;
}

运行结果：

$ ./server
Server listening on /tmp/unix_demo.sock

$ ./client
$ ./server
Received: Hello Unix Socket!

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7. 性能与优势

7.1 性能

• Unix Socket 性能优于 TCP/UDP，因为：

  1. 不需要 IP 协议栈处理。
  2. 内核直接在进程之间传递数据，零拷贝开销更低。
  3. 同机通信延迟极低。

测试对比（本机 1KB 消息）：

方式	延迟	吞吐量
TCP 127.0.0.1	~10-15 μs	150K msg/s
UDP 127.0.0.1	~5-7 μs	300K msg/s
Unix Socket	~2-3 μs	500K msg/s

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8. 常见问题 FAQ

Q1: Unix Socket 文件丢失了怎么办？

• 如果 /dev/log 被删除或覆盖，rsyslog 无法接收日志。

• 解决办法：

  sudo systemctl restart rsyslog

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Q2: 如何查看 Unix Socket 是否存在？

$ ss -x
Netid State      Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
u_str ESTAB 0 0 /run/systemd/journal/stdout 42129 /run/systemd/journal/stdout 42128
u_str LISTEN 0 4096 /run/systemd/journal/syslog  *
u_str LISTEN 0 4096 /dev/log  *

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Q3: 抽象命名空间有什么用？

• 抽象命名空间不会在文件系统生成文件，socket 文件不会占用磁盘路径。
• 常用于高安全或临时通信场景。
• 示例路径："\0hidden_socket"。

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9. 总结

关键点	说明
定义	Unix Socket 是一种本地进程间通信机制，基于文件路径寻址
性能	比 TCP/UDP 更快，延迟最低
类型	流式（SOCK_STREAM）、数据报（SOCK_DGRAM）、原始（SOCK_RAW）
典型应用	/dev/log、Docker、MySQL、systemd journald
与网络协议对比	无需 IP 协议栈，只能在同一主机使用

总结结论：

Unix Socket 是 Linux 系统中高效、稳定、广泛使用的 IPC 机制，尤其在日志系统、容器管理、数据库通信等场景中不可替代。