Unix域套接字(Unix Domain Socket)
2021-03-06 21:33:39 
阿炯
Unix domain socket 或者 IPC(inter-process communication：进程间通信) socket 是一种终端，可以使同一台操作系统上的两个或多个进程进行数据通信。socket 原本是为网络通讯设计的，但后来在其框架上发展出一种 IPC 机制，这就是 UNIX domain socket。与管道相比，它既可以使用字节流，又可以使用数据队列，而管道通信则只能使用字节流，它用于 IPC 更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程；这是因为IPC机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。Unix domain sockets的接口和Internet socket很像，但它不使用网络底层协议来通信。它的工作模式是全双工的，API 接口语义丰富，相比其它 IPC 机制有明显的优越性，目前已成为使用最广泛的 IPC 机制，比如 X Window 服务器和 GUI 程序之间就是通过 UNIX domain socket 通讯的。
Unix domain socket 的功能是POSIX操作系统里的一种组件。它使用系统文件的地址来作为自己的身份，可以被系统进程引用，所以两个进程可以同时打开一个Unix domain sockets来进行通信。不过这种通信方式是发生在系统内核里而不会在网络里传播。
Unix域协议并不是一个实际的协议族，而是在单个主机上执行客户/服务器通信的一种方法，是IPC的方法之一，特定于*nix平台。使用unix domain socket有几个好处：
1)在同一主机上，unix domain socket比一般的tcp socket快上一倍，性能因素这是一个主要原因
2)unix domain socket可以在同一主机的不同进程之间传递文件描述符
3)较新的unix domain socket实现把客户的ID和组ID提供给服务器，可以让服务器作安全检查
4)数据的传输不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包等操作，只是数据的拷贝过程；其分为SOCK_STREAM(流套接字)和SOCK_DGRAM(数据包套接字)，由于是在本机通过内核通信，不会丢包也不会出现发送包的次序和接收包的次序不一致的问题
常用 Berkeley Sockets API
工作流程介绍
如果熟悉Socket的话，Unix domain socket也是同样的方式，区别如下：
它不需要IP和Port，而是通过一个文件名来表示
domain 为 AF_UNIX
使用sockaddr_un表示
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
服务端：socket -> bind -> listen -> accet -> recv/send -> close
客户端：socket -> connect -> recv/send -> close
函数介绍
开始创建socket
int socket(int domain, int type, int protocol)
int socket(int family, int type, int protocol)
domain(域) : AF_UNIX
type : SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM :
protocol : 0
SOCK_STREAM(流) : 提供有序，可靠的双向连接字节流。 可以支持带外数据传输机制，无论多大的数据都不会截断。
SOCK_DGRAM(数据报)：支持数据报(固定最大长度的无连接，不可靠的消息)，数据报超过最大长度，会被截断。
使用 UNIX domain socket 的过程和网络 socket 十分相似，也要先调用 socket() 创建一个 socket 文件描述符。
family 指定为 AF_UNIX，使用 AF_UNIX 会在系统上创建一个 socket 文件，不同进程通过读写这个文件来实现通信。
type 可以选择 SOCK_DGRAM 或 SOCK_STREAM。SOCK_STREAM 意味着会提供按顺序的、可靠、双向、面向连接的比特流。SOCK_DGRAM 意味着会提供定长的、不可靠、无连接的通信。
protocol 参数指定为 0 即可。
UNIX domain socket 与网络 Socket 编程最明显的不同在于地址格式不同，用结构体 sockaddr_un 表示，网络编程的 socket 地址是 IP 地址加端口号，而 UNIX domain socket 的地址是一个 socket 类型的文件在文件系统中的路径，这个 socket 文件由 bind() 调用创建，如果调用 bind() 时该文件已存在，则 bind() 错误返回。因此，一般在调用 bind() 前会检查 socket 文件是否存在，如果存在就删除掉。
网络 socket 编程类似，在 bind 之后要 listen，表示通过 bind 的地址(也就是 socket 文件)提供服务。接下来必须用 accept() 函数初始化连接。accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。与网络 socket 编程不同的是，UNIX domain socket 客户端一般要显式调用 bind 函数，而不依赖系统自动分配的地址。客户端 bind 一个自己指定的 socket 文件名的好处是，该文件名可以包含客户端的 pid 等信息以便服务器区分不同的客户端。
在 c 语言中，就是调用 socket 函数，例如 socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0) 这句。
socket 函数执行完毕后，在用户层视角是看到返回了一个文件描述符 fd；但在内核中其实是一套内核对象组合，大体结构如下：
从上图可以看到，socket 在内核里并不是一个内核对象。而是包含 file、socket、sock 等多个相关内核对象构成，每个内核对象还定义了 ops 操作函数集合。
获取到socket文件描述符之后，还要将其绑定一个文件上。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd : 传入sock的文件描述符
addr : 用sockaddr_un表示
addrlen : 结构体长度
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
监听客户端的连接
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd : 文件描述符
backlog : 连接队列的长度
接受客户端的连接
int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len);
由于不存在客户端地址的问题，因此这里的addr和addrlen参数可以设置为NULL。
socket函数介绍
函数原型
domain
type
protocol
errno
示例
函数原型
socket()函数的原型如下，这个函数建立一个协议族为domain、协议类型为type、协议编号为protocol的套接字文件描述符。如果函数调用成功，会返回一个标识这个套接字的文件描述符，失败的时候返回-1。
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain
函数socket()的参数domain用于设置网络通信的域，函数socket()根据这个参数选择通信协议的族。通信协议族在文件sys/socket.h中定义。
表1：domain的值及含义
type
函数socket()的参数type用于设置套接字通信的类型，主要有SOCKET_STREAM（流式套接字）、SOCK——DGRAM（数据包套接字）等。
表2：type的值及含义
并不是所有的协议族都实现了这些协议类型，例如，AF_INET协议族就没有实现SOCK_SEQPACKET协议类型。
protocol
函数socket()的第3个参数protocol用于制定某个协议的特定类型，即type类型中的某个类型。通常某协议中只有一种特定类型，这样protocol参数仅能设置为0；但是有些协议有多种特定的类型，就需要设置这个参数来选择特定的类型。
类型为SOCK_STREAM的套接字表示一个双向的字节流，与管道类似。流式的套接字在进行数据收发之前必须已经连接，连接使用connect()函数进行。一旦连接，可以使用read()或者write()函数进行数据的传输。流式通信方式保证数据不会丢失或者重复接收，当数据在一段时间内任然没有接受完毕，可以将这个连接人为已经死掉。
SOCK_DGRAM和SOCK_RAW 这个两种套接字可以使用函数sendto()来发送数据，使用recvfrom()函数接受数据，recvfrom()接受来自制定IP地址的发送方的数据。
SOCK_PACKET是一种专用的数据包，它直接从设备驱动接受数据。
errno
函数socket()并不总是执行成功，有可能会出现错误，错误的产生有多种原因，可以通过errno获得：
表3：errno的值及含义
其他
深谙信息交流的价值，那网络中进程之间如何通信，如每天打开浏览器浏览网页时，浏览器的进程怎么与web服务器通信的？当用QQ聊天时，QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信？这些都得靠socket？那什么是socket？socket的类型有哪些？还有socket的基本函数，这些都是本节想介绍的主要内容如下：
1、网络中进程之间如何通信？
2、Socket是什么？
3、socket的基本操作
3.1、socket()函数
3.2、bind()函数
3.3、listen()、connect()函数
3.4、accept()函数
3.5、read()、write()函数等
3.6、close()函数
4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
1、网络中进程之间如何通信？
本地的进程间通信（IPC）有很多种方式，但可以总结为下面4类：
1.消息传递（管道、FIFO、消息队列）
2.同步（互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）
3.共享内存（匿名的和具名的）
4.远程过程调用（Solaris和Sun RPC）
但这些都不是本文的主题！我们要讨论的是网络中进程之间如何通信？首要解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起！在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，这就是我为什么说“一切皆socket”。
2、什么是Socket？
上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的，那什么是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），这些函数我们在后面进行介绍。
socket一词的起源：
在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的，撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载，Croker写道：“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端，而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道：“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”
3、socket的基本操作
既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数。
3.1、socket()函数
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
1.domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
2.type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
3.protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。当调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
3.2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
1.sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
2。addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
ipv6对应的是：
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */
in_port_t sin6_port; /* port number */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */
};
Unix域对应的是：
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
3.addrlen：对应的是地址的长度。通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
3.3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
3.4、accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。
注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。
3.5、read()、write()等函数
至此服务器与客户已经建立好连接了，可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。
其它的就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档，下面的例子中将使用到send/recv。
3.6、close()函数
在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
#include <unistd.h>
int close(int fd);
close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
已经知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：
客户端向服务器发送一个SYN J
服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：
图1、socket中发送的TCP三次握手
从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。
总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。
5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：
图2、socket中发送的TCP四次握手
图示过程如下：
1.某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
2.另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
3.一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
4.接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。
参考来源：
Linux 进程必知必会
Unix domain socket 的功能是POSIX操作系统里的一种组件。它使用系统文件的地址来作为自己的身份，可以被系统进程引用，所以两个进程可以同时打开一个Unix domain sockets来进行通信。不过这种通信方式是发生在系统内核里而不会在网络里传播。
Unix域协议并不是一个实际的协议族，而是在单个主机上执行客户/服务器通信的一种方法，是IPC的方法之一，特定于*nix平台。使用unix domain socket有几个好处：
1)在同一主机上，unix domain socket比一般的tcp socket快上一倍，性能因素这是一个主要原因
2)unix domain socket可以在同一主机的不同进程之间传递文件描述符
3)较新的unix domain socket实现把客户的ID和组ID提供给服务器，可以让服务器作安全检查
4)数据的传输不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包等操作，只是数据的拷贝过程；其分为SOCK_STREAM(流套接字)和SOCK_DGRAM(数据包套接字)，由于是在本机通过内核通信，不会丢包也不会出现发送包的次序和接收包的次序不一致的问题
常用 Berkeley Sockets API
| 函数名称 | 函数简单描述 | 附加说明 |
| socket | 创造某种类型的套接字 | |
| bind | 将一个 socket 绑定到一个ip 与端口的二元组上 | |
| listen | 将一个 socket 变为侦听状态 | |
| connect | 试图建立一个TCP 连接 | 一般用于客户端 |
| accept | 尝试接收一个连接 | 一般用于服务端 |
| send | 通过一个 socket 发送数据 | |
| recv | 通过一个socket 收取数据 | |
| select | 判断一组 socket 上的读写和异常事件 | |
| gethostbyname | 通过域名获取机器地址 | |
| close | 关闭一个套接字，回收该 socket 对应的资源 | Windows 系统中对应的是closesocket |
| shutdown | 关闭 socket 收或发通道 | |
| setsockopt | 设置一个套接字选项 | |
| getsockopt | 获取一个套接字选项 |
工作流程介绍
如果熟悉Socket的话，Unix domain socket也是同样的方式，区别如下：
它不需要IP和Port，而是通过一个文件名来表示
domain 为 AF_UNIX
使用sockaddr_un表示
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
服务端：socket -> bind -> listen -> accet -> recv/send -> close
客户端：socket -> connect -> recv/send -> close
函数介绍
开始创建socket
int socket(int domain, int type, int protocol)
int socket(int family, int type, int protocol)
domain(域) : AF_UNIX
type : SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM :
protocol : 0
SOCK_STREAM(流) : 提供有序，可靠的双向连接字节流。 可以支持带外数据传输机制，无论多大的数据都不会截断。
SOCK_DGRAM(数据报)：支持数据报(固定最大长度的无连接，不可靠的消息)，数据报超过最大长度，会被截断。
使用 UNIX domain socket 的过程和网络 socket 十分相似，也要先调用 socket() 创建一个 socket 文件描述符。
family 指定为 AF_UNIX，使用 AF_UNIX 会在系统上创建一个 socket 文件，不同进程通过读写这个文件来实现通信。
type 可以选择 SOCK_DGRAM 或 SOCK_STREAM。SOCK_STREAM 意味着会提供按顺序的、可靠、双向、面向连接的比特流。SOCK_DGRAM 意味着会提供定长的、不可靠、无连接的通信。
protocol 参数指定为 0 即可。
UNIX domain socket 与网络 Socket 编程最明显的不同在于地址格式不同，用结构体 sockaddr_un 表示，网络编程的 socket 地址是 IP 地址加端口号，而 UNIX domain socket 的地址是一个 socket 类型的文件在文件系统中的路径，这个 socket 文件由 bind() 调用创建，如果调用 bind() 时该文件已存在，则 bind() 错误返回。因此，一般在调用 bind() 前会检查 socket 文件是否存在，如果存在就删除掉。
网络 socket 编程类似，在 bind 之后要 listen，表示通过 bind 的地址(也就是 socket 文件)提供服务。接下来必须用 accept() 函数初始化连接。accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。与网络 socket 编程不同的是，UNIX domain socket 客户端一般要显式调用 bind 函数，而不依赖系统自动分配的地址。客户端 bind 一个自己指定的 socket 文件名的好处是，该文件名可以包含客户端的 pid 等信息以便服务器区分不同的客户端。
在 c 语言中，就是调用 socket 函数，例如 socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0) 这句。
socket 函数执行完毕后，在用户层视角是看到返回了一个文件描述符 fd；但在内核中其实是一套内核对象组合，大体结构如下：
从上图可以看到，socket 在内核里并不是一个内核对象。而是包含 file、socket、sock 等多个相关内核对象构成，每个内核对象还定义了 ops 操作函数集合。
获取到socket文件描述符之后，还要将其绑定一个文件上。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd : 传入sock的文件描述符
addr : 用sockaddr_un表示
addrlen : 结构体长度
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
监听客户端的连接
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd : 文件描述符
backlog : 连接队列的长度
接受客户端的连接
int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len);
由于不存在客户端地址的问题，因此这里的addr和addrlen参数可以设置为NULL。
socket函数介绍
函数原型
domain
type
protocol
errno
示例
函数原型
socket()函数的原型如下，这个函数建立一个协议族为domain、协议类型为type、协议编号为protocol的套接字文件描述符。如果函数调用成功，会返回一个标识这个套接字的文件描述符，失败的时候返回-1。
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain
函数socket()的参数domain用于设置网络通信的域，函数socket()根据这个参数选择通信协议的族。通信协议族在文件sys/socket.h中定义。
表1：domain的值及含义
| Address/Protocol Family | 含义 | 名称 | 含义 |
|---|---|---|---|
| PF_UNIX,PF_LOCAL | 本地通信 | PF_X25 | ITU-T X25 / ISO-8208协议 |
| AF_INET,PF_INET | IPv4 Internet协议 | PF_AX25 | Amateur radio AX.25 |
| PF_INET6 | IPv6 Internet协议 | PF_ATMPVC | 原始ATM PVC访问 |
| PF_IPX | IPX-Novell协议 | PF_APPLETALK | Appletalk |
| PF_NETLINK | 内核用户界面设备 | PF_PACKET | 底层包访问 |
type
函数socket()的参数type用于设置套接字通信的类型，主要有SOCKET_STREAM（流式套接字）、SOCK——DGRAM（数据包套接字）等。
表2：type的值及含义
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| SOCK_STREAM | Tcp连接，提供序列化的、可靠的、双向连接的字节流。支持带外数据传输 |
| SOCK_DGRAM | 支持UDP连接（无连接状态的消息） |
| SOCK_SEQPACKET | 序列化包，提供一个序列化的、可靠的、双向的基本连接的数据传输通道，数据长度定常。每次调用读系统调用时数据需要将全部数据读出 |
| SOCK_RAW | RAW类型，提供原始网络协议访问 |
| SOCK_RDM | 提供可靠的数据报文，不过可能数据会有乱序 |
| SOCK_PACKET | 这是一个专用类型，不能呢过在通用程序中使用 |
并不是所有的协议族都实现了这些协议类型，例如，AF_INET协议族就没有实现SOCK_SEQPACKET协议类型。
protocol
函数socket()的第3个参数protocol用于制定某个协议的特定类型，即type类型中的某个类型。通常某协议中只有一种特定类型，这样protocol参数仅能设置为0；但是有些协议有多种特定的类型，就需要设置这个参数来选择特定的类型。
类型为SOCK_STREAM的套接字表示一个双向的字节流，与管道类似。流式的套接字在进行数据收发之前必须已经连接，连接使用connect()函数进行。一旦连接，可以使用read()或者write()函数进行数据的传输。流式通信方式保证数据不会丢失或者重复接收，当数据在一段时间内任然没有接受完毕，可以将这个连接人为已经死掉。
SOCK_DGRAM和SOCK_RAW 这个两种套接字可以使用函数sendto()来发送数据，使用recvfrom()函数接受数据，recvfrom()接受来自制定IP地址的发送方的数据。
SOCK_PACKET是一种专用的数据包，它直接从设备驱动接受数据。
errno
函数socket()并不总是执行成功，有可能会出现错误，错误的产生有多种原因，可以通过errno获得：
表3：errno的值及含义
| 值 | 含义 |
|---|---|
| EACCES | 没有权限建立制定的domain的type的socket |
| EAFNOSUPPORT | 不支持所给的地址类型 |
| EINVAL | 不支持此协议或者协议不可用 |
| EMFILE | 进程文件表溢出 |
| ENFILE | 已经达到系统允许打开的文件数量，打开文件过多 |
| ENOBUFS/ENOMEM | 内存不足。socket只有到资源足够或者有进程释放内存 |
| EPROTONOSUPPORT | 制定的协议type在domain中不存在 |
其他
深谙信息交流的价值，那网络中进程之间如何通信，如每天打开浏览器浏览网页时，浏览器的进程怎么与web服务器通信的？当用QQ聊天时，QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信？这些都得靠socket？那什么是socket？socket的类型有哪些？还有socket的基本函数，这些都是本节想介绍的主要内容如下：
1、网络中进程之间如何通信？
2、Socket是什么？
3、socket的基本操作
3.1、socket()函数
3.2、bind()函数
3.3、listen()、connect()函数
3.4、accept()函数
3.5、read()、write()函数等
3.6、close()函数
4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
1、网络中进程之间如何通信？
本地的进程间通信（IPC）有很多种方式，但可以总结为下面4类：
1.消息传递（管道、FIFO、消息队列）
2.同步（互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）
3.共享内存（匿名的和具名的）
4.远程过程调用（Solaris和Sun RPC）
但这些都不是本文的主题！我们要讨论的是网络中进程之间如何通信？首要解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起！在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，这就是我为什么说“一切皆socket”。
2、什么是Socket？
上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的，那什么是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），这些函数我们在后面进行介绍。
socket一词的起源：
在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的，撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载，Croker写道：“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端，而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道：“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”
3、socket的基本操作
既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数。
3.1、socket()函数
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
1.domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
2.type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
3.protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。当调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
3.2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
1.sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
2。addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
ipv6对应的是：
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */
in_port_t sin6_port; /* port number */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */
};
Unix域对应的是：
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
3.addrlen：对应的是地址的长度。通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
3.3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
3.4、accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。
注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。
3.5、read()、write()等函数
至此服务器与客户已经建立好连接了，可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。
其它的就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档，下面的例子中将使用到send/recv。
3.6、close()函数
在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
#include <unistd.h>
int close(int fd);
close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
已经知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：
客户端向服务器发送一个SYN J
服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：
图1、socket中发送的TCP三次握手
从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。
总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。
5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：
图2、socket中发送的TCP四次握手
图示过程如下：
1.某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
2.另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
3.一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
4.接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。
参考来源：
Linux 进程必知必会