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UNIX Socket:不同進程之間能夠直接交換數(shù)據(jù)進行進程間通信(IPC)

來源: 責(zé)編: 時間:2024-01-08 09:17:37 197觀看
導(dǎo)讀UNIX socket概念UNIX Socket(也稱為本地套接字或IPC套接字)是一種在同一臺計算機上進行進程間通信(IPC)的機制。它提供了一種可靠而高效的方式,使不同進程之間能夠直接交換數(shù)據(jù)。UNIX Socket基于文件系統(tǒng)的抽象概念,使用一

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UNIX socket概念

UNIX Socket(也稱為本地套接字或IPC套接字)是一種在同一臺計算機上進行進程間通信(IPC)的機制。它提供了一種可靠而高效的方式,使不同進程之間能夠直接交換數(shù)據(jù)。UNIX Socket基于文件系統(tǒng)的抽象概念,使用一個特殊的文件來表示套接字。與網(wǎng)絡(luò)套接字不同,UNIX Socket僅限于同一主機上的進程間通信,不涉及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的使用。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

UNIX socket特點

同步和異步通信

UNIX Socket允許進程進行同步或異步通信。對于同步通信,發(fā)送進程會阻塞直到接收進程接收到數(shù)據(jù);對于異步通信,發(fā)送進程可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)而不需要等待接收進程響應(yīng)。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

全雙工通信

UNIX Socket允許進程在同一個套接字上進行雙向通信,既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

面向字節(jié)流

UNIX Socket以字節(jié)流的形式傳輸數(shù)據(jù),不關(guān)心數(shù)據(jù)的消息邊界。這意味著發(fā)送的數(shù)據(jù)可以分割成多個部分,也可以將多個消息組合成一個單獨的數(shù)據(jù)塊。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

高性能

由于UNIX Socket只涉及本地通信,沒有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開銷,因此它通常比網(wǎng)絡(luò)套接字更高效。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

UNIX socket優(yōu)勢

由于UNIX Socket 使用套接字的概念,類似于網(wǎng)絡(luò)套接字,但其使用的是文件系統(tǒng)路徑而不是IP地址和端口號。 UNIX Socket 具有以下優(yōu)點:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 可靠性:UNIX Socket 提供可靠的進程間通信機制,數(shù)據(jù)傳輸過程中會進行錯誤檢測和重傳,確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。
  • 高效性:UNIX Socket 是基于內(nèi)核的通信機制,數(shù)據(jù)傳輸過程中減少了不必要的數(shù)據(jù)拷貝,使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效。
  • 低延遲:由于 UNIX Socket 在內(nèi)核層面實現(xiàn),數(shù)據(jù)傳輸不需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,因此具有較低的延遲。
  • 安全性:UNIX Socket 基于文件系統(tǒng)路徑進行通信,只有相應(yīng)權(quán)限的進程才能進行通信,增強了通信的安全性。
  • 靈活性:UNIX Socket 可以在同一臺計算機上的不同進程之間進行通信,使得進程間的交互更加靈活。
  • 支持多種編程語言:UNIX Socket 可以在多種編程語言中使用,如C/C++、Python等,使得不同語言的進程之間可以進行通信。
  • 跨平臺兼容性:盡管名字中包含 UNIX,但 UNIX Socket 在許多操作系統(tǒng)上都有支持,包括 Linux、macOS 等。

UNIX Socket適用場景

UNIX Socket可以在不同編程語言中使用,并且廣泛應(yīng)用于各種場景,例如:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 進程間通信(IPC):不同進程之間通過UNIX Socket進行數(shù)據(jù)交換,例如父子進程、無關(guān)進程或者共享內(nèi)存的進程之間。
  • 本地服務(wù)器和客戶端:UNIX Socket可用于構(gòu)建本地服務(wù)器,接受來自客戶端的連接請求并提供服務(wù)。
  • 網(wǎng)絡(luò)編程的模擬和測試:在本地開發(fā)環(huán)境中,使用UNIX Socket可以模擬網(wǎng)絡(luò)連接,方便進行調(diào)試和測試。
  • 守護進程和系統(tǒng)服務(wù):UNIX Socket作為進程間通信的一種方式,可用于實現(xiàn)守護進程和系統(tǒng)服務(wù)之間的通信。

UNIX Socket 步驟

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創(chuàng)建 Socket:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 使用 `socket()` 函數(shù)創(chuàng)建一個套接字,指定協(xié)議組、類型和協(xié)議。
  • 常見的協(xié)議族有 `AF_UNIX`(用于 UNIX 域套接字)和 `AF_INET`(用于網(wǎng)絡(luò)套接字)。
  • 常見的類型有 `SOCK_STREAM`(用于可靠的面向連接的通信)和 `SOCK_DGRAM`(用于無連接的通信)。

綁定 Socket 到地址:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 對于 UNIX 域套接字,使用 `bind()` 函數(shù)將套接字綁定到一個文件路徑。
  • 對于網(wǎng)絡(luò)套接字,使用 `bind()` 函數(shù)將套接字綁定到一個 IP 地址和端口號。

 監(jiān)聽連接請求(對于面向連接型套接字):MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 對于 UNIX 域套接字,使用 `listen()` 函數(shù)開始監(jiān)聽連接請求。
  • 對于網(wǎng)絡(luò)套接字,使用 `listen()` 函數(shù)并指定最大等待連接數(shù)量。

接受連接請求(對于面向連接型套接字):MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 使用 `accept()` 函數(shù)接受客戶端的連接請求,并創(chuàng)建一個新的套接字用于與客戶端進行通信。

進行數(shù)據(jù)傳輸:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 對于面向連接型套接字,使用 `send()` 和 `recv()` 函數(shù)在客戶端和服務(wù)器之間進行數(shù)據(jù)傳輸。
  • 對于無連接型套接字,可以使用 `sendto()` 和 `recvfrom()` 函數(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)閉 Socket:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 使用 `close()` 函數(shù)關(guān)閉套接字,釋放相關(guān)資源。

WPF 接入 UNIX Socket 開發(fā)案例

在WPF應(yīng)用程序中創(chuàng)建UNIX Socket的服務(wù)端和客戶端,可以使用System.Net.Sockets.Socket類。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

服務(wù)端(Server):MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

using System;using System.Net.Sockets;using System.Text;using System.Threading.Tasks;using System.Windows;namespace UnixSocketExample{    public partial class MainWindow : Window    {        private const string SocketFilePath = "/path/to/unix/socket"; // UNIX Socket文件路徑        public MainWindow()        {            InitializeComponent();        }        private async void StartButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)        {            try            {                var socket = new Socket(AddressFamily.Unix, SocketType.Stream, ProtocolType.Unspecified);                // 如果Socket文件已存在,則先刪除                if (System.IO.File.Exists(SocketFilePath))                {                    System.IO.File.Delete(SocketFilePath);                }                // 綁定并開始監(jiān)聽UNIX Socket                socket.Bind(new UnixDomainSocketEndPoint(SocketFilePath));                socket.Listen(1);                await Task.Run(() =>                {                    while (true)                    {                        var clientSocket = socket.Accept(); // 接受客戶端連接                        byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello from server"); // 要發(fā)送的數(shù)據(jù)                        clientSocket.Send(buffer); // 向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)                        clientSocket.Close(); // 關(guān)閉客戶端連接                    }                });            }            catch (Exception ex)            {                MessageBox.Show($"Error: {ex.Message}", "Server Error", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);            }        }    }}

客戶端(Client):MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

using System;using System.Net.Sockets;using System.Text;using System.Windows;namespace UnixSocketExample{    public partial class MainWindow : Window    {        private const string SocketFilePath = "/path/to/unix/socket"; // UNIX Socket文件路徑        public MainWindow()        {            InitializeComponent();        }        private void ConnectButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)        {            try            {                var socket = new Socket(AddressFamily.Unix, SocketType.Stream, ProtocolType.Unspecified);                socket.Connect(new UnixDomainSocketEndPoint(SocketFilePath)); // 連接到服務(wù)端                byte[] buffer = new byte[1024];                int bytesRead = socket.Receive(buffer); // 接收數(shù)據(jù)                string receivedData = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);                ReceiveTextBox.Text = receivedData; // 顯示接收到的數(shù)據(jù)                socket.Close(); // 關(guān)閉客戶端連接            }            catch (Exception ex)            {                MessageBox.Show($"Error: {ex.Message}", "Connection Error", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);            }        }    }}

在這個例子中,主窗口分別包含一個“Start”按鈕(服務(wù)端)和一個“Connect”按鈕(客戶端),以及一個用于展示接收到的數(shù)據(jù)的文本框。服務(wù)端代碼負(fù)責(zé)創(chuàng)建UNIX Socket并綁定到指定的文件路徑,然后開始監(jiān)聽連接請求。當(dāng)客戶端連接時,服務(wù)端向客戶端發(fā)送一條消息,并關(guān)閉連接。客戶端代碼負(fù)責(zé)連接到服務(wù)端的UNIX Socket,接收服務(wù)端發(fā)送的數(shù)據(jù),并將接收到的數(shù)據(jù)顯示在文本框中。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

UNIX Socket進程間通信之序列化

使用UNIX Socket進行進程間通信時,序列化是一個重要的問題。由于UNIX Socket只能傳輸字節(jié)流,而對象是無法直接傳輸?shù)模虼诵枰獙ο筮M行序列化成字節(jié)流再傳輸,接收方接收到字節(jié)流后再進行反序列化還原為對象。常用的解決方案有:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 選擇合適的序列化方式:在.NET框架中有多種序列化方式可供選擇,例如XML序列化、JSON序列化和二進制序列化等。您可以根據(jù)實際需求選擇適合的序列化方式。注意,需要確保序列化方式在進程間通信中是兼容的。
  • 定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):使用類或結(jié)構(gòu)體來定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶徒Y(jié)構(gòu)。這些類或結(jié)構(gòu)體需要進行序列化和反序列化。
  • 序列化和反序列化:在發(fā)送方,將要傳輸?shù)膶ο筮M行序列化成字節(jié)流,并通過UNIX Socket發(fā)送;在接收方,接收到字節(jié)流后進行反序列化還原為對象。

案例演示如何使用BinaryFormatter進行對象的二進制序列化和反序列化:MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

using System;using System.IO;using System.Net.Sockets;using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;// 發(fā)送方var socket = new Socket(AddressFamily.Unix, SocketType.Stream, ProtocolType.Unspecified);socket.Connect(new UnixDomainSocketEndPoint("/path/to/unix/socket"));var data = new MyData { Name = "Alice", Age = 30 }; // 要傳輸?shù)膶ο髒ar formatter = new BinaryFormatter();using (var stream = new MemoryStream()){    formatter.Serialize(stream, data); // 對象序列化到內(nèi)存流中    var buffer = stream.ToArray(); // 獲取字節(jié)流數(shù)據(jù)    socket.Send(buffer); // 發(fā)送字節(jié)流}socket.Close();// 接收方var listener = new Socket(AddressFamily.Unix, SocketType.Stream, ProtocolType.Unspecified);listener.Bind(new UnixDomainSocketEndPoint("/path/to/unix/socket"));listener.Listen(1);var clientSocket = listener.Accept();var receivedBuffer = new byte[1024];var bytesRead = clientSocket.Receive(receivedBuffer); // 接收字節(jié)流using (var stream = new MemoryStream(receivedBuffer, 0, bytesRead)){    var receivedData = formatter.Deserialize(stream) as MyData; // 字節(jié)流反序列化為對象    Console.WriteLine($"Received: {receivedData.Name}, {receivedData.Age}");}clientSocket.Close();listener.Close();// 要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[Serializable]public class MyData{    public string Name { get; set; }    public int Age { get; set; }}

在這個示例中,發(fā)送方將MyData對象進行二進制序列化,并通過UNIX Socket發(fā)送字節(jié)流。接收方接收到字節(jié)流后,使用相同的二進制序列化方式進行反序列化還原為MyData對象。要注意的是,由于不同平臺和不同開發(fā)環(huán)境的序列化機制可能存在差異,因此在進行跨平臺的進程間通信時,需要確保序列化方式的兼容性。另外,如果要序列化的對象是自定義類或結(jié)構(gòu)體,需要將其標(biāo)記為可序列化(使用[Serializable]特性)才能進行序列化和反序列化操作。MTl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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