linux一切皆檔案之Unix domain socket描述符（二）
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
3、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
4、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
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
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：
[root@localhost ~]# python /tmp/server.py & [1] 2554 [root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fd total 0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 0 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 1 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 2 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 3 -> socket:[28724] [root@localhost ~]# grep 28724 /proc/net/unix ffff90d8ba564000: 00000002 00000000 00010000 0001 01 28724 /tmp/server.sock [root@localhost ~]# lsof -n | grep 28724 python2554root3uunix 0xffff90d8ba5640000t028724 /tmp/server.sock [root@localhost ~]# netstat -anp | grep 28724 unix2[ ACC ]STREAMLISTENING287242554/python/tmp/server.sock
程序2554建立了打開了unix domain socket描述符（3 -> socket:[19803]
），並且通過該描述符，打開了/tmp/server.sock檔案，其主要作用是用於監聽
我們執行client.py並觀察狀態
[root@localhost ~]# python /tmp/client.py & [2] 2555 [root@localhost ~]# ls -l /proc/2555/fd total 0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 0 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 1 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 2 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 3 -> socket:[28728] [root@localhost ~]# grep 28728 /proc/net/unix ffff90d8b95b0400: 00000003 00000000 00000000 0001 03 28728 [root@localhost ~]# lsof -n | grep 28728 python2555root3uunix 0xffff90d8b95b04000t028728 socket
與server.py的行為差不多。client.py也建立了unix domain socket描述符3 -> socket:[28728]
，通過socket:[18974]
，找到一條socket
檢視server.py發生的變化：
[root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fd total 0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 0 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 1 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 2 -> /dev/pts/0 lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 3 -> socket:[28724] lrwx------ 1 root root 64 Nov5 02:39 4 -> socket:[28725]
server.py新增了一個4 -> socket:[28725]
，這是剛才client.py連線成功之後server.py新開啟的描述符
[root@localhost ~]# lsof -n | grep -E '28728|28724|28725' python2554root3uunix 0xffff90d8ba5640000t028724 /tmp/server.sock python2554root4uunix 0xffff90d8b95b00000t028725 /tmp/server.sock python2555root3uunix 0xffff90d8b95b04000t028728 socket [root@localhost ~]# netstat -anp | grep unix | grep -E '28728|28724|28725' unix2[ ACC ]STREAMLISTENING287242554/python/tmp/server.sock unix3[ ]STREAMCONNECTED287252554/python/tmp/server.sock unix3[ ]STREAMCONNECTED287282555/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.py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
[root@localhost 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) = 12
recvfrom(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
[root@localhost 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) = 12
recvfrom(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開啟unix domain socket描述符，該描述符來指向對應的socket記憶體空間（下面簡稱s_mem
）
s_mem
，然後寫入資料hello world!
● server.py通過4 -> socket:[28725]
，找到s_mem
，讀取資料hello world!
，並且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.pyserver.py +---------------++---------------+ |pid:2555||pid:2554| |+-----+||+-----+| ||fd:3 ||||fd:4 || |+-----+||+-----+| +---------------++---------------+ || user space|| +---------------------------------------------------------------------+ kernel space|| || vv +--------------++--------------+ |socket:[28728]||socket:[28725]| +------+-------++------+-------+ || || vv +------------------------------------+ |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
ofollow,noindex" target="_blank">https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_domain_socket
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...