【嵌牛鼻子】Linux 进程间套接字及通信介绍
【嵌牛提问】Linux进程间套接字包含哪些内容，如何实现通信
一、套接字（Socket）通信原理
套接字通信允许互联的位于不同计算机上的进程之间实现通信功能。
二、套接字的属性
套接字的特性由3个属性确定，它们分别是：域、类型和协议。
1. 套接字的域
它指定套接字通信中使用的网络介质，最常见的套接字域是AF_INET，它指的是Internet网络。当客户使用套接字进行跨网络的连接时，它就需要用到服务器计算机的IP地址和端口来指定一台联网机器上的某个特定服务，所以在使用socket作为通信的终点，服务器应用程序必须在开始通信之前绑定一个端口，服务器在指定的端口等待客户的连接。
另一个域AF_UNIX表示UNIX文件系统，就是文件输入/输出，它的地址就是文件名。
2. 套接字类型
因特网提供了两种通信机制：流（stream）和数据报（datagram），因而套接字的类型也就分为流套接字和数据报套接字。我们主要看流套接字。
流套接字由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现，同时也是AF_UNIX中常用的套接字类型。
流套接字提供的是一个有序、可靠、双向字节流的连接，因此发送的数据可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且它还有一定的出错后重新发送的机制。
与流套接字相对的是由类型SOCK_DGRAM指定的数据报套接字，它不需要建立连接和维持一个连接，它们在AF_INET中通常是通过UDP/IP实现的。它对可以发送的数据的长度有限制，数据报作为一个单独的网络消息被传输，它可能丢失、复制或错乱到达，UDP不是一个可靠的协议，但是它的速度比较高，因为它并不需要总是要建立和维持一个连接。
3.套接字协议
只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。通常只需要使用默认值。
三、套接字地址
每个套接字都有其自己的地址格式，对于AF_UNIX域套接字来说，它的地址由结构sockaddr_un来描述，该结构定义在头文件
struct sockaddr_un{
sa_family_t sun_family //AF_UNIX，它是一个短整型
char sum_path[] //路径名
}
对于AF_INET域套接字来说，它的地址结构由sockaddr_in来描述，它至少包括以下几个成员：
struct sockaddr_in{
short int sin_family //AN_INET
unsigned short int sin_port //端口号
struct in_addr sin_addr //IP地址
}
而in_addr被定义为：
struct in_addr{
unsigned long int s_addr
}
四、基于流套接字的客户/服务器的工作流程
使用socket进行进程通信的进程采用的客户/服务器系统是如何工作的呢？
1.服务器端
首先，服务器应用程序用系统调用socket来创建一个套接字，它是系统分配给该服务器进程的类似文件描述符的资源，它不能与其他的进程共享。
接下来，服务器进程会给套接字起个名字，我们使用系统调用bind来给套接字命名。然后服务器进程就开始等待客户连接到这个套接字。
然后，系统调用listen来创建一个队列，并将其用于存放来自客户的进入连接。
最后，服务器通过系统调用accept来接受客户的连接。它会创建一个与原有的命名套接不同的新套接字，这个套接字只用于与这个特定客户端进行通信，而命名套接字（即原先的套接字）则被保留下来继续处理来自其他客户的连接。
2.客户端
基于socket的客户端比服务器端简单。同样，客户应用程序首先调用socket来创建一个未命名的套接字，然后讲服务器的命名套接字作为一个地址来调用connect与服务器建立连接。
一旦连接建立，我们就可以像使用底层的文件描述符那样用套接字来实现双向数据的通信。
1、无名管道通信无名管道(pipe)：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用，进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
2、高级管道通信
高级管道(popen)：将另一个程序当做一个新的进程在当前程序进程中启动，则它算是当前程序的子进程，这种方式我们称为高级管道方式。
3、有名管道通信
有名管道(named pipe)：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
4、消息队列通信
消息队列(message
queue)：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
5、信号量通信
信号量(semophore)：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问，它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
6、信号
信号(sinal)：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
7、共享内存通信
共享内存(shared
memory)：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的IPC方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
8、套接字通信
套接字(socket)：套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
socket - 创建一个用于通信的端点
socket() 创建用于通信的端点并返回引用该端点的文件描述符。 成功调用时返回的文件描述符，将是当前没有被进程打开的所有文件描述符中编号最低的。
domain 参数指定一个通信域； 以决定用于通信的协议族。 这些系列在 <sys/socket.h>中定义。 目前 Linux 内核理解的格式包括：
当然最常用的当然是 AF_INET ，即IPV4。
上述地址族的更多详细信息以及其他几个地址族的信息可以在 address_families(7) 中找到。
套接字具有指定的 type ，它指定了通信语义。 当前定义的类型有：
某些套接字类型可能不会被所有协议族实现。
从 Linux 2.6.27 开始，type 参数有第二个用途：除了指定套接字类型之外，它还可以包含以下任何值的按位或，以修改 socket() 的行为：
老朋友了，上述两个，第一个是非阻塞，第二个是执行exec时自动关闭。
protocol 指定要与套接字一起使用的特定协议。 通常只存在一个协议来支持给定协议族中的特定套接字类型 ，在这种情况下，protocol 可以指定为 0。但是，可能存在许多协议，在这种情况下，必须在此指定特定协议方式。 特定协议对应的编号可以查看文件: /etc/protocols
SOCK_STREAM 类型的套接字是全双工字节流。 它们不保留记录边界。 流套接字必须处于连接状态，然后才能在其上发送或接收任何数据。 到另一个套接字的连接是通过 connect(2) 调用创建的。 连接后，可以使用 read(2) 和 write(2) 调用或 其变体send(2) 和 recv(2) 的来传输数据。 当会话完成时，可以执行 close(2)。 带外数据也可以按照 send(2) 中的描述进行传输，并按照 recv(2) 中的描述进行接收。
实现 SOCK_STREAM 的通信协议确保数据不会丢失或重复。 如果协议的缓冲空间中存在一条数据在合理的时间内不能成功传输，则认为该连接已失效。 当 SO_KEEPALIVE 在套接字上启用时，将会以特定于协议的方式检查另一端是否仍然存在。 如果进程在损坏的流上发送或接收，则会引发 SIGPIPE 信号； 这会导致不处理信号的进程退出。 SOCK_SEQPACKET 套接字使用与 SOCK_STREAM 套接字相同的系统调用。 唯一的区别是 read(2) 调用将只返回请求的数据量，到达数据包中剩余的其他数据都将被丢弃。 传入数据报中的所有消息边界也被保留。
SOCK_DGRAM 和 SOCK_RAW 套接字允许将数据报发送到在 sendto(2) 调用中指定的通信者。 数据报通常用 recvfrom(2) 接收，它返回下一个数据报及其发送者的地址。
SOCK_PACKET 是一种过时的套接字类型，用于直接从设备驱动程序接收原始数据包。 改用 packet(7)。
An fcntl(2) F_SETOWN operation can be used to specify a process or process group to receive a SIGURG signal when the out-of-band data arrives or SIGPIPE signal when a SOCK_STREAM connection breaks unexpectedly. This operation may also be used to set the process or process group that receives the I/O and asynchronous notification of I/O events via SIGIO. Using F_SETOWN is equivalent to an ioctl(2) call with the FIOSETOWN or SIOCSPGRP argument.
When the network signals an error condition to the protocol module (e.g., using an ICMP message for IP) the pending error flag is set for the socket. The next operation on this socket will return the error code of the pending error. For some protocols it is possible to enable a per-socket error queue to retrieve detailed information about the errorsee IP_RECVERR in ip(7).
套接字的 *** 作由套接字选项控制。 这些选项在 <sys/socket.h>中定义。 函数setsockopt(2) 和getsockopt(2) 用于设置和获取选项。对于选项的描述，详见socket(7).
成功时，将返回新套接字的文件描述符。 出错时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误。
POSIX.1-2001, POSIX.1-2008, 4.4BSD.
The SOCK_NONBLOCK and SOCK_CLOEXEC flags are Linux-specific.
socket() appeared in 4.2BSD. It is generally portable to/from non-BSD systems supporting clones of the BSD socket layer (including System V variants).
在 4.x BSD 下用于协议族的清单常量是 PF_UNIX、PF_INET 等，而 AF_UNIX、AF_INET 等用于地址族。 但是，BSD 手册页已经承诺：“协议族通常与地址族相同”，随后的标准到处都使用 AF_*。
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