macOS跨进程通信: Unix Domain Socket 创建实例

一： 简介

Socket 是 网络传输的抽象概念。
一般我们常用的有Tcp Socket和 UDP Scoket， 和类Unix 系统（包括Mac）独有的 Unix Domain Socket（UDX）。

• Tcp Socket 能够跨电脑进行通信，即使是在同一个电脑下的多进程间通信，也会通过网卡进行数据传输，如果本地网卡的环回网络被禁用， 则会导致通信失败。
• Unix Domain Socket，使用的是Liunx 系统中万物皆文件的概念，和有名管道的操作差不多，都是在文本创建一个特有的文件，用来在两个进程间通信，两个进程分别写入和读取文件流中的数据，达到传输的目的。 和Tcp Socket不一样的是不用借助网卡通信，限制比较小，传输的效率高。

这里主要针对 Unix Domain Socket进行研究.

在终端使用 ls -ll /tmp/
可以看到红圈中我们demo创建的Unix Domain Socket 文件。
Unix Domain Socket 会在 在第一列将会显示类型 s
这里还有其他类型的文件。其中p表示命名管道文件，d表示目录文件，l表示符号连接文件，-表示普通文件，s表示socket文件，c表示字符设备文件，b表示块设备文件。

二：主要函数

1. int socket (int domain, int type, int protocol) 创建socket 对象

• domain 选择 AF_UNIX, 代表 unix domain socket
• type. 选择SOCK_STREAM, socket 流
• protocol 填0， 由系统选择

2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr* myaddr, socklen_t addrlen)

将socket 绑定到对应 ip 和 端口上

• sockfd 前面返回的描述符
• myaddr 包含 通信 对象 路径的struct， 这里创建的是 /tmp/jimbo_udx_server.sock
• addrlen前一个stuct的长度

3. int listen(int sockfd, int backlog)

调用后，本地socket 文件的状态变更

• sockfd 前面返回的描述符
• backlog 此socket 接收的客户端的数量

4. int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)

阻塞式等待客户端接入，客户端接入后返回。
传入server的 sockfd，返回接入后的sockfd.
后面两个参数代表接口客户端的地址及struct长度

5. int read(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags)

接收客户端发来的数据

6. int write(int sockfd, const void *msg, int len, int flags)

服务器 往 客户端/服务器发送数据

7. int close(int sockfd) 或 Windows的 7. int closesocket(int sockfd)

关闭连接

三：demo代码

如下图，创建了两个进程，分别为服务器App， 客户端App.
UI 上点击发送按钮。 收到消息后可以在 控制台查看 输出。

1. 服务器端主要逻辑

• 主要创建了socket一个 AF_UNIX和SOCK_STREAM 组合的socket

• remove(...) 删除以前的sock 文件

• bind 将文件路径和 socket 对象绑定在一起

• listen() 开始监听

• 启动子线程，在线程内 阻塞等待客户端连接(accept)，和接收客户端消息(read)

• 启动客户端进程。 客户端内进行连接到这个服务器

• 点击ui上的发送按钮，往客户端发送消息

  主要代码： ViewController.mm 文件代码

//
//  ViewController.m
//  Sockct_UDX_MainApp
//
//  Created by jimbo on 2024/1/5.
//

#import "ViewController.h"
#include <sys/socket.h>

const char * s_sock_path = "/tmp/jimbo_udx_server.sock";


@interface ViewController ()
@property (weak) IBOutlet NSTextField *textLabel;

@property (nonatomic, assign) int sfd;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    /**
     int socket(int domain, int type, int protocol)
     AF_UNIX VS AF_INET(ipv4 tcp)
     SOCK_STREAM VS SOCK_DGRAM
     当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
     */
    int sfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    self.sfd = sfd;
    
    if (sfd == -1) {
        perror("socket create failed!");
        return;
    }
    // 删除所有与路径名一致的既有文件，这样才能将 socket 绑定到这个路径名上
      if (remove(s_sock_path) == -1 && errno != ENOENT){
          perror("remove failed");
          return;
      }
    
    struct sockaddr_un addr  = {0};
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path, s_sock_path);
    
    //bind 的时候会在文件路径创建响应的s_sock_path文件. (UI app 需要关闭沙盒才能有权限访问对应的路径)
    //当使用ls –ll列出时，UNIX domain socket 在第一列将会显示类型 s
    //扩展一下，这个位置还可以有其他几种选项：p、d、l、s、c、b和-:
    //其中p表示命名管道文件，d表示目录文件，l表示符号连接文件，-表示普通文件，s表示socket文件，c表示字符设备文件，b表示块设备文件。
    int ret = bind(sfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_un));
    if (ret == -1) {
        perror("bind faild!");
        return;
    }
    
    ret = listen(sfd, 5);
    if (ret == -1) {
        perror("listen failed!");
        return;
    }
    
    NSThread *th = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(subThreadWorker) object:nil];
    [th setName:@"udx thread"];
    [th start];
    NSLog(@"---start");
    
    
    //启动子进程 app client
    
       //启动子进程
    NSURL *subAppURL = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:@"Sockct_UDX_SubApp" withExtension:@"app"];
    [[NSWorkspace sharedWorkspace] openURL:subAppURL configuration:[NSWorkspaceOpenConfiguration configuration] completionHandler:nil];
}


- (void)subThreadWorker {
    NSLog(@"---subThreadWorker");
    
    ssize_t numRed = 0;
    static const int buffer_size = 100;
    char buffer[buffer_size];
    
    while (self.sfd != -1) {
        printf("服务器等待客户端%i连接...\n", self.sfd);
        //接受新链接， 并得到新的id
        self.sfd = accept(self.sfd, NULL, NULL);
        printf("收到客户端连接。 sfd:%i\n", self.sfd);
        
        if (self.sfd == -1) {
            perror("这是一个无效的连接!");
            break;
        }
        
        while ((numRed = read(self.sfd, buffer, buffer_size)) > 0) {
            printf("服务器收到客户端发的数据: %s\n", buffer);
        }
        if (numRed == -1) {
            perror("numRed == -1!");
            break;
        }
        if (close(self.sfd) == -1) {
            perror("close faild!");
            break;
        }
        printf("for over!\n");
    }
    
    printf("sub thread over!\n");
    
//    exit(0);
}

- (IBAction)sendMsgToClient:(id)sender {
    
    const  char *backBuffer = [self.textLabel.stringValue UTF8String];
    ssize_t sendLen =  write(self.sfd, backBuffer, strlen(backBuffer)+1);
    if (sendLen < 0) {
        printf("error:%i\n", errno);
        perror("服务器发送给客户端失败！reason:");
    } else {
        printf("服务器发送给客户端成功！len:%zi\n", sendLen);
    }
}


@end

2. 客户端主要逻辑

• 主要创建了socket一个 AF_UNIX和SOCK_STREAM 组合的socket
• connect(...) 使用带服务器创建的sock 路径/tmp/jimbo_udx_server.sock 的结构体，和 socket 对象进行连接。 这样双方通信就建立了
• read(...)在子线程 阻塞式 等待服务器的消息.
• write(..) UI 按钮点击后，往服务器发消息

主要代码： ViewController.mm 文件代码

//
//  ViewController.m
//  Sockct_UDX_SubApp
//
//  Created by jimbo on 2024/1/5.
//

#import "ViewController.h"
#include <sys/socket.h>

const char * s_sock_path = "/tmp/jimbo_udx_server.sock";


@interface ViewController ()
@property (weak) IBOutlet NSTextField *textLabel;

@property (nonatomic, assign) int sfd;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    int sfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    self.sfd = sfd;
    
    if (sfd == -1) {
        perror("socket create failed!");
        return;
    }
    
    /*
    // client 也可以同事绑定一个路径。自己又当客户端又当服务器
    
    const char * s_sock_path_client = "/tmp/jimbo_udx_client.sock";
     
    // 删除所有与路径名一致的既有文件，这样才能将 socket 绑定到这个路径名上
    if (remove(s_sock_path_client) == -1 && errno != ENOENT){
        perror("remove jimbo_udx_client.sock failed");
        return;
    }
    
    struct sockaddr_un addr_client  = {0};
    addr_client.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr_client.sun_path, s_sock_path_client);
    
    //bind 的时候会在文件路径创建响应的s_sock_path文件. (UI app 需要关闭沙盒才能有权限访问对应的路径)
    //当使用ls –l列出时，UNIX domain socket 在第一列将会显示类型 s
    //扩展一下，这个位置还可以有其他几种选项：p、d、l、s、c、b和-:
    //其中p表示命名管道文件，d表示目录文件，l表示符号连接文件，-表示普通文件，s表示socket文件，c表示字符设备文件，b表示块设备文件。
    int ret = bind(sfd, (struct sockaddr *)&addr_client, sizeof(struct sockaddr_un));
    if (ret == -1) {
        perror("bind  addr_client faild!");
        return;
    }
    */
    struct sockaddr_un addr = {0};
    addr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(addr.sun_path, s_sock_path);
    
    NSLog(@"准备connect");
    int ret = connect(self.sfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1) {
        perror("connect faild!");
        return;
    }
    NSLog(@"connect成功");
    
    
    [NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
        //单独线程监听服务器发回来的消息
        static const int buffer_size = 100;
        char buffer[buffer_size];
        while (self.sfd != -1) {
            printf("等待服务的回调...\n");
            ssize_t len = read(self.sfd, buffer, buffer_size);
            printf("收到的服务器回馈长度：%zi\n", len);
            if (len <= 0) {
                printf("read error:%i\n", errno);
                perror("read failed");
//                assert(false); //需要判断是否服务器已经断开了的情况。
                exit(0);
            }else {
                printf("服务器返回的数据：%s\n", buffer);
            }
        }
        printf("等待服务器回调线程结束!\n");
    }];
    
}

- (IBAction)sendMegToServer:(id)sender {
    //发送消息
    const char *buf = [self.textLabel.stringValue UTF8String];
    size_t numWrite = strlen(buf) + 1;
    
    ssize_t writeSize = write(self.sfd, buf, numWrite);
    printf("numWrite: %zu writeSize:%zi\n", numWrite, writeSize);
    if (writeSize == -1) {
        perror("write failed!");
        return;
    }
}

- (void)dealloc {
    if (self.sfd > 0) {
        NSLog(@"关闭 sfd");
        close(self.sfd);
        self.sfd = -1;
    }
}

@end