Linux文件套接字AF_UNIX

誰能久伴不乏2025-11-30 23:45

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一、什么是"文件套接字"？先把名字讲清楚

Linux 里的"文件套接字"，一般指的就是：

UNIX 域套接字（Unix Domain Socket，UDS）

也叫：

  • 本地套接字（local socket）
  • UNIX 本地域套接字
  • 用文件路径做地址的套接字

它和我们常说的网络套接字（AF_INET，TCP/UDP）在 API 上几乎一模一样，也是 socket / bind / listen / accept / connect 这一套，只不过：

  • 网络套接字用的是 IP + 端口 作为地址
  • UNIX 域套接字用的是 文件系统路径 作为地址，比如：/tmp/app.sock

所以叫"文件套接字"，因为它真的是一个存在于文件系统里的"套接字文件"。

你在系统里常能看到类似的：

bash 复制代码 
srwxr-xr-x 1 root root 0 /var/run/docker.sock
srwxrwxrwx 1 root root 0 /run/php/php-fpm.sock
srwxr-xr-x 1 mysql mysql 0 /var/run/mysqld/mysqld.sock

这些都是 UNIX 域套接字。

二、和网络套接字的关系：像双胞胎，但一个只在本地活动

先从整体上比较一下：

  • 地址家族：

    • 文件套接字：AF_UNIX / AF_LOCAL
    • 网络套接字：AF_INET（IPv4），AF_INET6（IPv6）

  • 地址表示：

    • 文件套接字：一个路径字符串，比如 /tmp/server.sock
    • 网络套接字：IP + 端口，比如 127.0.0.1:8000

  • 通信范围：

    • 文件套接字：只能在同一台机器上的进程之间通信
    • 网络套接字：可以跨机器，跨网络

  • 性能：

    • 文件套接字：不走网络协议栈，非常快
    • 网络套接字：要走 TCP/IP 协议栈，相对慢

API 形式几乎一样：

c 复制代码 
socket();
bind();
listen();
accept();
connect();
send()/recv() 或 read()/write();

所以你会有"和网络套接字差不多"的感觉，这其实是故意设计成这样：统一一套接口，只是地址族不同。

三、地址结构：sockaddr_un

网络套接字用的是 struct sockaddr_in，文件套接字用的是 struct sockaddr_un：

c 复制代码 
#include <sys/un.h>

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;   // 一般是 AF_UNIX
    char        sun_path[108]; // 套接字路径，比如 "/tmp/server.sock"
};

使用时大概是这样的：

c 复制代码 
struct sockaddr_un addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sun_family = AF_UNIX;
strcpy(addr.sun_path, "/tmp/server.sock");

然后在 bind() 或 connect() 时，把 &addr 强转为 (struct sockaddr *)。

四、文件套接字的优点和使用场景

1. 优点

  1. 速度非常快

    不经过网络协议栈，不用打包成 IP/TCP 头，不要校验、路由等等，内核里本地传数据，速度远高于本机 TCP。

  2. 安全性好

    它是一个真正的文件，访问权限受文件权限控制（rwx、chown、chmod 等）。

    比如只允许某个用户组访问 /var/run/docker.sock，就能控制谁能操控 Docker。

  3. 接口和 TCP 基本一致

    学会 TCP 之后，UNIX 域套接字基本没有学习成本。

  4. 适合本机进程间通信（IPC）

    例如 Nginx ↔ PHP-FPM、systemd 控制接口、Docker CLI ↔ Docker daemon、MySQL 本地连接等。

2. 缺点

  1. 不能跨机器

    只能在本机进程间通信，如果要跨服务器，就必须用 TCP/UDP。

  2. 依赖文件系统

    套接字路径所在目录必须存在，并且有权限访问。

    程序退出时要记得删掉旧的 socket 文件，否则可能 bind 失败。

  3. 不适合"通用协议"层面

    比如 HTTP、WebSocket 之类，是针对 TCP 的，要对外提供服务就必须用 TCP，不可能让别人连 /tmp/xxx.sock。

3. 使用场景举例

  • Web 服务器和后端服务间通信：Nginx ↔ PHP-FPM、Nginx ↔ uwsgi
  • Docker：/var/run/docker.sock
  • systemd：/run/systemd/private
  • MySQL 本地连接：/var/run/mysqld/mysqld.sock
  • 自己写本地服务：一个守护进程 + 多个客户端工具

五、写一个最小的文件套接字服务端和客户端

下面用 C 写一个最小 demo，看代码就基本会用了。

1. 服务端示例（AF_UNIX + SOCK_STREAM）

c 复制代码 
// server.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define SOCKET_PATH "/tmp/demo.sock"

int main(void) {
    int server_fd, client_fd;
    struct sockaddr_un addr;
    char buf[256];

    // 1. 创建套接字
    server_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    // 2. 确保旧的 socket 文件不存在
    unlink(SOCKET_PATH);

    // 3. 填写地址结构
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(addr.sun_path, SOCKET_PATH, sizeof(addr.sun_path) - 1);

    // 4. 绑定套接字到文件路径
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("bind");
        close(server_fd);
        exit(1);
    }

    // 5. 监听
    if (listen(server_fd, 5) == -1) {
        perror("listen");
        close(server_fd);
        exit(1);
    }

    printf("UNIX 域套接字服务器启动，等待客户端连接...\n");

    // 6. 接受一个客户端连接
    client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);
    if (client_fd == -1) {
        perror("accept");
        close(server_fd);
        exit(1);
    }

    // 7. 收数据
    int n = read(client_fd, buf, sizeof(buf) - 1);
    if (n > 0) {
        buf[n] = '\0';
        printf("收到客户端数据: %s\n", buf);

        // 8. 回应
        const char* reply = "Hello from UNIX socket server";
        write(client_fd, reply, strlen(reply));
    }

    // 9. 关闭连接和清理
    close(client_fd);
    close(server_fd);
    unlink(SOCKET_PATH); // 删除 socket 文件

    return 0;
}

编译：

bash 复制代码 
gcc server.c -o server

2. 客户端示例

c 复制代码 
// client.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define SOCKET_PATH "/tmp/demo.sock"

int main(void) {
    int sockfd;
    struct sockaddr_un addr;
    char buf[256];

    // 1. 创建套接字
    sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    // 2. 填写服务器地址
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strncpy(addr.sun_path, SOCKET_PATH, sizeof(addr.sun_path) - 1);

    // 3. 连接服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("connect");
        close(sockfd);
        exit(1);
    }

    // 4. 发送数据
    const char* msg = "Hello, server!";
    write(sockfd, msg, strlen(msg));

    // 5. 接收回应
    int n = read(sockfd, buf, sizeof(buf) - 1);
    if (n > 0) {
        buf[n] = '\0';
        printf("收到服务器回应: %s\n", buf);
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

编译：

bash 复制代码 
gcc client.c -o client

运行顺序：

bash 复制代码 
./server
# 另开一个终端
./client

你会看到服务端打印：

text 复制代码 
UNIX 域套接字服务器启动，等待客户端连接...
收到客户端数据: Hello, server!

客户端打印：

text 复制代码 
收到服务器回应: Hello from UNIX socket server

可以看到跟 TCP 的使用方式几乎一样。

六、和 TCP 的代码差异总结

如果你用 TCP 写服务端，大概是这样：

c 复制代码 
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
...
bind(..., (struct sockaddr*)&addr_in, sizeof(addr_in));
...

而 UNIX 套接字就是：

c 复制代码 
socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
...
bind(..., (struct sockaddr*)&addr_un, sizeof(addr_un));
...

区别主要就在：

  • 地址族：AF_INET ↔ AF_UNIX
  • 地址结构体：sockaddr_in ↔ sockaddr_un
  • 地址内容：IP + 端口 ↔ 文件路径

其它逻辑几乎一模一样。

七、注意事项和常见坑

  1. 记得 unlink 旧的 socket 文件

    程序异常退出时，/tmp/demo.sock 可能还留着，下次 bind 会失败。

    所以一般在 bind 前先：

    c 复制代码 
    unlink(SOCKET_PATH);

  2. 路径长度有限制

    sun_path 只有 108 字节左右，不要用太长的路径。

  3. 搞清楚权限

    如果你放在 /var/run/app.sock，可能需要 root 或特定用户权限。

    用 chmod/chown 控制谁能使用这条通信通道。

  4. 只能本机通信

    不要想着让另一台机器连 /tmp/demo.sock，那是不可能的。

    跨主机还是老老实实用 TCP。

  5. 流式 vs 数据报

    SOCK_STREAM：像 TCP，有连接、无消息边界
    SOCK_DGRAM：像 UDP，有消息边界，但在 UNIX 域里不会丢包，仍然是本地 IPC。

八、什么时候应该选"文件套接字"而不是 TCP？

可以用一句很简单的判断：

如果通信双方 永远只在同一台机器上 ，并且 你希望最快速、最安全的本地 IPC ，

那就优先考虑 UNIX 域套接字。

比如：

  • 你的服务对外提供 HTTP（TCP），内部模块之间通信，可以用 UNIX socket。
  • 一个本地守护进程 + 多个 CLI 工具，通过 /tmp/app.sock 交流。
  • 你不想对外暴露 TCP 端口，只想让本机某些用户能访问。

如果要对外提供服务（给浏览器访问、给别的机器访问），那就必须用 TCP/UDP。

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