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linux一切皆文件之Unix domain socket描述符(二)

一、知识准备

1、在linux中,一切皆为文件,所有不同种类的类型都被抽象成文件(比如:块设备,socket套接字,pipe队列)2、操作这些不同的类型就像操作文件一样,比如增删改查等3、主要用于:运行在同一台机器上的2个进程相互之间的数据通信4、它们和网络文件描述符非常相似(比如:TCP socket),他们的通信发生在操作系统内核

二、环境准备

组件版本
OSCentOS Linux release 7.5.1804

三、Unix domain socket 文件描述符

先准备2个脚本:server.py主要用于建立客户端的连接请求,并且接收客户端传来的数据,然后将收到的数据回传给客户端client.py每隔1秒向服务端发送一次"hello world"

server.py:

import socketserver_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 socketimport timeserver_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的状态:

[root@localhost ~]# python /tmp/server.py &[1] 2554[root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fdtotal 0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28724][root@localhost ~]# grep 28724 /proc/net/unixffff90d8ba564000: 00000002 00000000 00010000 0001 01 28724 /tmp/server.sock[root@localhost ~]# lsof -n | grep 28724python 2554 root 3u unix 0xffff90d8ba564000 0t0 28724 /tmp/server.sock[root@localhost ~]# netstat -anp | grep 28724unix 2 [ ACC ] STREAM LISTENING 28724 2554/python /tmp/server.sock

进程2554创建了打开了unix domain socket描述符(3 -> socket:[19803]),并且通过该描述符,打开了/tmp/server.sock文件,其主要作用是用于监听

我们运行client.py并观察状态

[root@localhost ~]# python /tmp/client.py &[2] 2555[root@localhost ~]# ls -l /proc/2555/fdtotal 0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 3 -> socket:[28728][root@localhost ~]# grep 28728 /proc/net/unixffff90d8b95b0400: 00000003 00000000 00000000 0001 03 28728[root@localhost ~]# lsof -n | grep 28728python 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket

与server.py的行为差不多。client.py也创建了unix domain socket描述符3 -> socket:[28728],通过socket:[18974],找到一条socket

查看server.py发生的变化:

[root@localhost ~]# ls -l /proc/2554/fdtotal 0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 0 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 1 -> /dev/pts/0lrwx------ 1 root root 64 Nov 5 02:39 2 -> /dev/pts/0lrwx------ 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新增了一个4 -> socket:[28725],这是刚才client.py连接成功之后server.py新打开的描述符

[root@localhost ~]# lsof -n | grep -E "28728|28724|28725"python 2554 root 3u unix 0xffff90d8ba564000 0t0 28724 /tmp/server.sockpython 2554 root 4u unix 0xffff90d8b95b0000 0t0 28725 /tmp/server.sockpython 2555 root 3u unix 0xffff90d8b95b0400 0t0 28728 socket[root@localhost ~]# netstat -anp | grep unix | grep -E "28728|28724|28725"unix 2 [ ACC ] STREAM LISTENING 28724 2554/python /tmp/server.sockunix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28725 2554/python /tmp/server.sockunix 3 [ ] STREAM CONNECTED 28728 2555/python

到目前为止,整个unix domain socket的通信过程已经比较清晰的展现了:● server.py启动之后,打开监听的描述符,等待来自客户端的连接请求● client.py启动之后,与server连接成功,打开一个描述符用于与server.py通信● server.py会再打开一个描述符用于与client.py进行数据通信

但是目前还有2个问题:(1)/tmp/server.sock到底作用是什么(2)server与client是怎么进行数据通信的

问题(1)

● /tmp/server.sock是操作系统的实体文件,拥有一个全局的文件系统描述符,这个描述符在操作系统中是唯一的● server.py启动时打开了server.sock,就声名了与server.py建立连接就只能通过server.sock文件● 这就相当于TCP socket中四元组中的两元(server_ip:server_port

问题(2)

我们来使用strace命令看看server.py的内核调用

[root@localhost tmp]# strace -p 2554strace: Process 2554 attachedrecvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12

recvfrom(4, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12sendto(4, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12server.py在接收客户端数据的时候,使用了 4 -> socket:[28725]这个文件描述符

再看client.py的内核调用

[root@localhost tmp]# strace -p 2555strace: Process 2555 attachedselect(0, NULL, NULL, NULL, {0, 996991}) = 0 (Timeout)sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12recvfrom(3, "hello world!", 100, 0, NULL, NULL) = 12select(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) = 12sendto(3, "hello world!", 12, 0, NULL, 0) = 12client.py在与server.py通信的时候使用了 3 -> socket:[28728]

结论:● server.py与client.py连接建立成功之后,都会各自在自己的进程下打开unix domain socket描述符,该描述符来指向对应的socket内存空间(下面简称s_mem● client.py通过3 -> socket:[28728],找到s_mem,然后写入数据hello world!● server.py通过4 -> socket:[28725],找到s_mem,读取数据hello world!,并且原封不动的发送这串数据给client.py● client.py通过读取s_mem,获取从server.py传来的数据● 循环往复

client.py server.py +---------------+ +---------------+ |pid:2555 | |pid:2554 | | +-----+ | | +-----+ | | |fd:3 | | | |fd:4 | | | +-----+ | | +-----+ | +---------------+ +---------------+ | |user space | |+---------------------------------------------------------------------+kernel space | | | | v v +--------------+ +--------------+ |socket:[28728]| |socket:[28725]| +------+-------+ +------+-------+ | | | | v v +------------------------------------+ | socket | +------------------------------------+

四、小结

● /tmp/server.sock作为建立unix domain socket连接的唯一标识符● unix domain socket连接建立完成之后在内存开辟一块空间,而server与client在这块内存空间中进行数据传输● 在同一台机器上的进程通信,unix domain socket比tcp socket更快,因为它不需要网络协议栈,不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等等过程

五、参考资料

https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_domain_socket


至此,本文结束在下才疏学浅,有撒汤漏水的,请各位不吝赐教...

欢迎阅读本文章: 刘春雷

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