linux一切皆檔案之Unix domain socket描述符
一、知識準備
1、在linux中，一切皆為檔案，所有不同種類的型別都被抽象成檔案（比如：塊裝置，socket套接字，pipe佇列） 2、操作這些不同的型別就像操作檔案一樣，比如增刪改查等
二、環境準備
| 元件 | 版本 |
|---|---|
| OS | CentOS Linux release 7.5.1804 |
三、Unix domain socket 檔案描述符
● 主要用於：執行在同一臺機器上的2個程序相互之間的資料通訊 ● 它們和網路檔案描述符非常相似（比如：TCP socket），但是比網路協議更底層，他們的通訊發生在作業系統核心
先準備2個指令碼： server.py主要用於建立客戶端的連線請求，並且接收客戶端傳來的資料，然後將收到的資料回傳給客戶端 client.py每隔1秒向服務端傳送一次'hello world'
server.py：
import socket
server_addr = '/tmp/server.sock'
sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(server_addr)
sock.listen(0)
while True:
conn, clientAddr = sock.accept()
while True:
data = conn.recv(100)
conn.sendall(data)client.py:
import socket import time server_addr = '/tmp/server.sock' sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM) sock.connect(server_addr) while True: message = 'hello world!' sock.sendall(message) sock.recv(100) time.sleep(1) sock.close()
先看下server.py的狀態：
[[email protected] ~]# python /tmp/server.py &
[1] 2554
[[email protected] ~]# ls -l /proc/2554/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28724]
[ 和TCP socket類似，程序1472也用於19803這個unix domain socket描述符的一個軟連結（3 -> socket:[19803]），並且通過3找到了一個/tmp/server.sock的檔案描述符
我們執行client.py並觀察狀態
[[email protected] ~]# python /tmp/client.py &
[2] 2555
[[email protected] ~]# ls -l /proc/2555/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28728]
[[email protected] ~]# grep 28728 /proc/net/unix
ffff90d8b95b0400: 00000003 00000000 00000000 0001 03 28728
[[email protected] ~]# lsof -n | grep 28728
python 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket與server.py的行為差不多，只有一點差別就是client.py通過socket:[18974]，找到的是一條socket
檢視server.py發生的變化：
[[email protected] ~]# ls -l /proc/2554/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28724]
lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 4 -> socket:[28725]server.py新增了一個4 -> socket:[28725]，這是剛才客戶端連線之後新開啟的描述符
[[email protected] ~]# lsof -n | grep -E '28728|28724|28725'
python 2554 root 3u unix 0xffff90d8ba564000 0t0 28724 /tmp/server.sock
python 2554 root 4u unix 0xffff90d8b95b0000 0t0 28725 /tmp/server.sock
python 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket
[[email protected] ~]# netstat -anp | grep unix | grep -E '28728|28724|28725'
unix 2 [ ACC ] STREAM LISTENING 28724 2554/python /tmp/server.sock
unix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28725 2554/python /tmp/server.sock
unix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28728 2555/python到目前為止，整個unix domain socket的通訊過程已經比較清晰的展現了： ● server.py啟動之後，開啟監聽的描述符，等待來自客戶端的連線請求 ● client.py啟動之後，與server連線成功，開啟一個描述符用於與server.py通訊 ● server.py會再開啟一個描述符用於與client.py進行資料通訊
但是目前還有2個問題： （1）/tmp/server.sock到底作用是什麼 （2）server與client是怎麼進行資料通訊的
問題（1）
● /tmp/server.sock是作業系統的實體檔案，擁有一個全域性的檔案系統描述符，這個描述符在作業系統中是唯一的
● server啟動時打開了server.sock，就聲名了與server.py建立連線就只能通過server.sock檔案
● 這就相當於TCP socket中四元組中的兩元（server_ip:server_port）
問題（2）
我們來使用strace命令看看server.py的核心呼叫
[[email protected] tmp]# strace -p 2554
strace: Process 2554 attached
recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
server.py在接收客戶端資料的時候，使用了 4 -> socket:[28725]這個檔案描述符
再看client.py的核心呼叫
[[email protected] tmp]# strace -p 2555
strace: Process 2555 attached
select(0, NULL, NULL, NULL, {0, 996991}) = 0 (Timeout)
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
recvfrom(3, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
select(0, NULL, NULL, NULL, {1, 0}) = 0 (Timeout)
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12recvfrom(3, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12
sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12
client.py在與server.py通訊的時候使用了 3 -> socket:[28728]
結論：
● server.py與client.py連線建立成功之後，都會各自在自己的程序下建立一個軟連結來指向socket描述符，該socket描述符來指向對應的socket記憶體空間（下面簡稱s_mem）
● client.py通過開啟的檔案描述符，找到s_mem，然後寫入資料hello world!
● server.py通過開啟的檔案描述符，找到s_mem，然後讀取資料hello world!，並且傳送原封不動的傳送這串資料給client.py
● client.py通過讀取s_mem，獲取從server.py傳來的資料
● 迴圈往復
client.py ser^er.py
+---------------+ +---------------+
|pid:2555 | |pid:2554 |
| +-----+ | | +-----+ |
| |fd:3 | | | |fd:4 | |
| +-----+ | | +-----+ |
+---------------+ +---------------+
| |
| |
v v
+--------------+ +--------------+
|socket:[28728]| |socket:[28725]|
+------+-------+ +------+-------+
| |
user space | |
+---------------------------------------------------------------------+
kernel space | |
| |
v v
+------------------------------------+
| socket |
+------------------------------------+
四、小結
● /tmp/server.sock作為建立unix domain socket連線的唯一識別符號 ● unix domain socket連線建立完成之後在記憶體開闢一塊空間，而server與client在這塊記憶體空間中進行資料傳輸 ● 在同一臺機器上的程序通訊，unix domain socket比tcp socket更快，因為它不需要網路協議棧，不需要打包拆包、計算校驗和、維護序號和應答等等過程
五、參考資料
至此，本文結束 在下才疏學淺，有撒湯漏水的，請各位不吝賜教...