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news 2025/7/22 14:12:59

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前言：本文介绍socketpair的实现和通信。

Unix域支持服务器、客户端的模式，这种模式的好处就是任意进程都可以和服务器进程通信，这种模式通常需要一个文件路径作为地址，使得任意进程都能通过该文件路径标识找到服务器地址。而socketpair虽然也类似，但它不需要地址的概念，因为它用于有继承关系的进程间通信，通常是主进程调用socketpair拿到两个fd，然后fork出子进程，这样两个进程就可以通信了，不需要寻址的过程，也就不需要地址的概念了。下面我从内核角度看看socketpair的实现。

// 分配两个关联的socket
int __sys_socketpair(int family, int type, int protocol, int __user *usockvec)
{struct socket *sock1, *sock2;int fd1, fd2, err;struct file *newfile1, *newfile2;int flags;// 参数校验flags = type & ~SOCK_TYPE_MASK;if (flags & ~(SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK))return -EINVAL;type &= SOCK_TYPE_MASK;if (SOCK_NONBLOCK != O_NONBLOCK && (flags & SOCK_NONBLOCK))flags = (flags & ~SOCK_NONBLOCK) | O_NONBLOCK;// 获取两个fdfd1 = get_unused_fd_flags(flags);fd2 = get_unused_fd_flags(flags);// 获取两个socketerr = sock_create(family, type, protocol, &sock1);err = sock_create(family, type, protocol, &sock2);// 调用钩子函数err = sock1->ops->socketpair(sock1, sock2);// 分配两个file，每个file和socket关联newfile1 = sock_alloc_file(sock1, flags, NULL);newfile2 = sock_alloc_file(sock2, flags, NULL);// 关联fd和filefd_install(fd1, newfile1);fd_install(fd2, newfile2);return 0;
}

我们知道在网络的实现中，为了符合虚拟文件系统的设计，socket的设计中，也遵循fd->file->inode的结构，__sys_socketpair就是申请了两份这样的数据结构，然后调用钩子函数socketpair。再调用socketpair之前，架构如下。

我们接下来看socketpair钩子函数的实现。

static int unix_socketpair(struct socket *socka, struct socket *sockb)
{struct sock *ska = socka->sk, *skb = sockb->sk;sock_hold(ska);sock_hold(skb);// 互相关联unix_peer(ska) = skb;unix_peer(skb) = ska;init_peercred(ska);init_peercred(skb);return 0;
}

我们看到socketpair的实现非常简单，就是把两个socket关联起来，这时候的架构如下。

下面我们看看数据通信，以数据报模式为例。

static int unix_dgram_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,size_t len)
{struct sock *sk = sock->sk;struct net *net = sock_net(sk);struct unix_sock *u = unix_sk(sk);struct sock *other = NULL;// 找到对端socketother = unix_peer_get(sk);// 单个包不能太大err = -EMSGSIZE;if (len > sk->sk_sndbuf - 32)goto out;// 分配个skb承载消息skb = sock_alloc_send_pskb(sk, len - data_len, data_len,msg->msg_flags & MSG_DONTWAIT, &err,PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);skb->data_len = data_len;skb->len = len;// 把数据从msg复制到skberr = skb_copy_datagram_from_iter(skb, 0, &msg->msg_iter, len);// 阻塞时的阻塞时间timeo = sock_sndtimeo(sk, msg->msg_flags & MSG_DONTWAIT);// 接收队列满了并且设置了超时时间则阻塞if (other != sk &&unlikely(unix_peer(other) != sk &&unix_recvq_full_lockless(other))) {if (timeo) {// 阻塞timeo = unix_wait_for_peer(other, timeo);err = sock_intr_errno(timeo);if (signal_pending(current))goto out_free;goto restart;}}// 插入消息队列skb_queue_tail(&other->sk_receive_queue, skb);// 唤醒对端，对端可能在阻塞other->sk_data_ready(other);return len;
}

我们看到unix_dgram_sendmsg的逻辑主要是分配一个承载消息的skb结构体，然后通过关联关系找到对端，最后插入到对端的消息队列，下面我们看接收端如何处理，对应函数是unix_dgram_recvmsg。

static int unix_dgram_recvmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,size_t size, int flags)
{struct scm_cookie scm;struct sock *sk = sock->sk;struct unix_sock *u = unix_sk(sk);struct sk_buff *skb, *last;long timeo;int skip;int err;// 没数据时的阻塞时长，可以设置为非阻塞timeo = sock_rcvtimeo(sk, flags & MSG_DONTWAIT);do {mutex_lock(&u->iolock);// 跳过的字节skip = sk_peek_offset(sk, flags);// 从接收队列中获取一个节点skb = __skb_try_recv_datagram(sk, &sk->sk_receive_queue, flags,&skip, &err, &last);mutex_unlock(&u->iolock);// 成功则breakif (err != -EAGAIN)break;// 没有数据则判断是否要阻塞，阻塞的话看多久} while (timeo &&!__skb_wait_for_more_packets(sk, &sk->sk_receive_queue,&err, &timeo, last));// 是否有等待可写的对端（因为接收队列满了），有则唤醒if (wq_has_sleeper(&u->peer_wait))wake_up_interruptible_sync_poll(&u->peer_wait,EPOLLOUT | EPOLLWRNORM |EPOLLWRBAND);// 把skb的数据复制到msgskb_copy_datagram_msg(skb, skip, msg, size);
}