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