Unix域协议与多路复用

Unix域协议

Unix域协议是一种IPC（进程间通信） 方式，使用Socket编程接口实现本地进程间通信。其特点如下：

协议簇与套接字类型

• 协议簇：AF_UNIX 或 AF_LOCAL（区别于 AF_INET IPv4）。
• 套接字类型：
  • SOCK_DGRAM：类似UDP的数据报套接字（无连接）。
  • SOCK_STREAM：类似TCP的流式套接字（面向连接）。

网络地址结构

使用文件系统路径作为地址（需以 \0 结尾）：

#include <sys/un.h>  

struct sockaddr_un {  
    sa_family_t sun_family;    // 协议簇（AF_UNIX）  
    char sun_path[104];        // 套接字文件路径（如 "/tmp/xxx.socket"）  
};

使用场景

• 优势：数据不经过网卡，直接在内核中传输，效率高于IPv4协议。
• 典型应用：本地进程间高速通信（如数据库守护进程与客户端交互）。

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多路复用

多路复用用于同时监听多个文件描述符的就绪状态（可读/可写/异常），避免阻塞等待。

阻塞IO的局限性

• 读操作：无数据时，read 会阻塞直到数据到达。
• 写操作：无缓冲区空间时，write 会阻塞直到可写入。

1. select

#include <sys/select.h>  

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,  
          fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

• 参数：
  • nfds：最大文件描述符值 + 1。
  • readfds/writefds/exceptfds：监听读/写/异常的描述符集合（传入需监听的描述符，返回就绪的描述符）。
  • timeout：超时时间（NULL 表示无限等待）。
• 返回值：
  • >0：就绪的描述符数量。
  • =0：超时。
  • <0：出错。

描述符集合操作函数

void FD_ZERO(fd_set *set);          // 清空集合  
void FD_SET(int fd, fd_set *set);   // 添加描述符到集合  
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   // 从集合移除描述符  
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);  // 检查描述符是否在集合中

2. poll

#include <poll.h>  

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

• 参数：
  • fds：struct pollfd 结构体数组（每个元素描述一个监听请求）。
  • nfds：数组元素个数。
  • timeout：超时时间（毫秒）。
• struct pollfd 结构：

  struct pollfd {  
      int fd;         // 文件描述符  
      short events;   // 监听的事件（如 POLLIN 可读、POLLOUT 可写）  
      short revents;  // 返回就绪的事件  
  };

• 返回值：同 select。

3. epoll（高效多路复用）

创建实例

#include <sys/epoll.h>  

int epoll_create(int size);  // size > 0（历史遗留，可忽略）  
// 成功返回 epoll 文件描述符，失败返回 -1

管理监听事件

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

• 参数：
  • epfd：epoll_create 返回的描述符。
  • op：操作类型（EPOLL_CTL_ADD 添加、EPOLL_CTL_DEL 删除、EPOLL_CTL_MOD 修改）。
  • fd：需监听的文件描述符。
  • event：监听事件结构体指针：

    struct epoll_event {  
        uint32_t events;    // 监听事件（如 EPOLLIN、EPOLLOUT）  
        epoll_data_t data;  // 用户数据  
    };  
    
    typedef union epoll_data {  
        void *ptr;  
        int fd;  
        uint32_t u32;  
        uint64_t u64;  
    } epoll_data_t;

等待事件就绪

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,  
               int maxevents, int timeout);

• 参数：
  • events：输出参数，存储就绪事件的结构体数组。
  • maxevents：数组最大容量。
  • timeout：超时时间（毫秒）。
• 返回值：同 select。

触发模式

• 水平触发（LT）：
  • 只要描述符就绪，持续上报事件（默认模式）。
• 边缘触发（ET）：
  • 仅在状态变化时上报一次事件（需设置 EPOLLET 标志）。

效率对比

机制	效率	特点
select	低（O(n)轮询）	支持文件描述符数量有限（通常1024）
poll	中（O(n)轮询）	无描述符数量限制
epoll	高（O(1)事件通知）	支持边缘触发，适合高并发场景

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总结

• Unix域协议：通过文件路径标识地址，实现本地进程间高效通信。
• 多路复用：
  • select/poll：适用于少量描述符监听。
  • epoll：适用于高并发场景，支持边缘触发模式。