Unix Domain Socket和eventfd

在Linux开发中，Unix Domain Socket和eventfd是两种不同的通信机制，它们的设计目标和适用场景有显著差异。以下分点解释并配合示例说明：

---

一、Unix Domain Socket（UDS）

1. 是什么？

• 一种**本地进程间通信（IPC）**机制，基于文件系统路径而非网络端口
• 协议族为AF_UNIX（而非网络Socket的AF_INET/AF_INET6）

2. 核心特点

• 高性能：数据直接在内核缓冲区传递，无需经过网络协议栈
• 支持多种通信模式：流式（SOCK_STREAM，类似TCP）、数据报（SOCK_DGRAM，类似UDP）和可靠数据报（SOCK_SEQPACKET）
• 权限控制：通过文件系统权限（chmod）控制访问
• 传递文件描述符：可通过sendmsg发送文件描述符（其他IPC机制难以实现）

3. 典型场景

• Docker守护进程：/var/run/docker.sock
• 数据库本地连接：MySQL客户端通过/var/run/mysqld/mysqld.sock连接本地服务
• X Window系统：GUI应用与X服务器的通信
• Systemd服务：通过/run/systemd/下的socket文件通信

4. 代码片段

// 服务端
struct sockaddr_un addr = {.sun_family = AF_UNIX};
strcpy(addr.sun_path, "/tmp/mysocket");
bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

---

二、eventfd

1. 是什么？

• 一个轻量级事件通知机制，本质是一个内核维护的64位计数器
• 通过eventfd()系统调用创建，返回一个文件描述符

2. 核心特点

• 极低开销：适合高频事件通知（如线程间唤醒）
• 与epoll集成：可直接加入事件循环监听
• 原子操作：读/写操作是原子的，线程安全
• 跨进程可用：通过fork或传递fd给其他进程

3. 典型场景

• 线程池唤醒：主线程通过写eventfd通知工作线程有新任务
• 协程调度：如Golang的runtime用类似机制唤醒阻塞的goroutine
• 信号处理：将信号转换为eventfd事件，避免在信号处理函数中执行复杂逻辑
• IO多路复用集成：与epoll结合实现高效事件驱动架构

4. 代码片段

int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK); // 创建eventfd
write(efd, &(uint64_t){1}, sizeof(uint64_t)); // 发送事件
read(efd, &counter, sizeof(uint64_t)); // 接收事件

---

三、Unix Socket vs TCP/UDP Socket

特性	Unix Domain Socket	TCP/UDP Socket
通信范围	同一主机	跨网络
地址形式	文件路径（如/tmp/foo.sock）	IP地址+端口（如127.0.0.1:8080）
协议开销	无网络协议栈处理	需要处理TCP握手/重传等
性能	比TCP快2倍以上（实测）	受网络延迟和带宽限制
权限控制	文件系统权限	依赖网络防火墙
数据边界保留	流式/数据报均保留	TCP是流式无边界，UDP有边界

示例对比

1. Redis客户端连接

   • 远程连接：redis-cli -h 192.168.1.100 -p 6379（TCP）
   • 本地连接：redis-cli -s /tmp/redis.sock（UDS）

2. Nginx本地配置

   server {
       listen 80;                  # TCP Socket
       listen unix:/var/run/nginx.sock; # Unix Socket
   }
   

---

四、组合使用案例

场景：构建一个高性能本地服务

1. 使用Unix Socket处理客户端请求（高吞吐）
2. 使用eventfd在服务内部线程间传递事件（低延迟）
3. 用epoll同时监听UDS和eventfd，实现统一事件循环

// 伪代码示例
int uds_fd = create_unix_socket("/tmp/service.sock");
int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK);

struct epoll_event events[2];
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, uds_fd, &(struct epoll_event){.events=EPOLLIN});
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, efd, &(struct epoll_event){.events=EPOLLIN});

while(1) {
    int n = epoll_wait(epfd, events, 2, -1);
    for (每个就绪事件) {
        if (事件来自uds_fd) 处理客户端请求();
        if (事件来自efd) 处理内部事件();
    }
}

---

总结选择依据：

• 需要跨主机通信 → TCP/UDP Socket
• 本地高性能IPC → Unix Domain Socket
• 轻量级事件通知 → eventfd
• 混合场景 → UDS + eventfd + epoll组合

---

在 Linux 开发中，Socket Pair 是一种特殊的进程间通信（IPC）机制，与 Unix Domain Socket (UDS)、TCP/UDP Socket 和 eventfd 有显著区别。以下是它们的核心差异、使用场景和实际示例：

---

1. Socket Pair 是什么？

• 定义：通过 socketpair() 系统调用创建的一对已连接的匿名 Unix Domain Socket。
• 特点：
  • 无需绑定文件路径：直接创建一对已连接的 socket，没有文件系统路径。
  • 双向通信：两个 socket 可以互相读写（类似全双工管道）。
  • 匿名性：仅限同一进程或父子进程间使用（无法被无关进程访问）。
  • 支持多种模式：流式（SOCK_STREAM）或数据报（SOCK_DGRAM）。

示例代码

#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int sock_pair[2];
    socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sock_pair); // 创建 socket pair

    char buf[128];
    write(sock_pair[0], "Hello from sock0", 16);       // 写入 sock0
    read(sock_pair[1], buf, sizeof(buf));            // 从 sock1 读取
    printf("Received: %s\n", buf);                   // 输出 "Hello from sock0"

    close(sock_pair[0]);
    close(sock_pair[1]);
    return 0;
}

---

2. Socket Pair 与其他通信机制的区别

对比 Unix Domain Socket (UDS)

特性	Socket Pair	Unix Domain Socket
地址绑定	匿名，无需文件路径	需绑定文件路径（如 /tmp/foo.sock）
可见性	仅限创建进程及其子进程	所有有权限访问文件的进程
使用场景	父子进程或线程间通信	任意进程间通信（需共享路径）
性能	更高（无需文件系统操作）	高（但需文件路径管理）

对比 TCP/UDP Socket

特性	Socket Pair	TCP/UDP Socket
通信范围	同一主机，同一进程或父子进程	跨网络或本机（需网络协议栈）
地址形式	无地址（匿名）	IP地址 + 端口
协议开销	无网络协议栈开销	需处理 TCP 握手、UDP 不可靠性等

对比 eventfd

特性	Socket Pair	eventfd
通信方向	双向（支持数据收发）	单向（仅事件通知，无数据内容）
数据类型	任意字节流或数据报	64位计数器（仅数值增减）
典型用途	进程/线程间数据交换	事件通知（如唤醒线程池）

---

3. Socket Pair 的典型使用场景

场景 1：父子进程通信

父进程创建 socket pair，fork 子进程后，父子各关闭一个 socket，实现双向通信：

int sock_pair[2];
socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sock_pair);

if (fork() == 0) {  // 子进程
    close(sock_pair[0]);  // 关闭父进程端
    write(sock_pair[1], "Child message", 13);
} else {            // 父进程
    close(sock_pair[1]);  // 关闭子进程端
    read(sock_pair[0], buf, sizeof(buf));
}

场景 2：线程间通信

多个线程共享同一 socket pair，实现高效数据传递（需注意线程同步）。

场景 3：替代管道（Pipe）

Socket pair 比传统管道更灵活：

• 管道是单向的，socket pair 是双向的。
• Socket pair 支持数据报模式（SOCK_DGRAM）。

---

4. 组合使用案例

需求：构建一个多进程服务，主进程通过 socket pair 与子进程通信，同时使用 eventfd 通知事件。

// 主进程
int sock_pair[2];
socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sock_pair);

int efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK);

if (fork() == 0) {  // 子进程
    close(sock_pair[0]);
    // 监听 sock_pair[1] 和 efd
    while (1) {
        // 通过 sock_pair[1] 与主进程交换数据
        // 通过 eventfd 接收事件通知
    }
} else {            // 主进程
    close(sock_pair[1]);
    write(sock_pair[0], "Task data", 9);  // 发送数据
    write(efd, &(uint64_t){1}, 8);       // 发送事件
}

---

5. 总结：如何选择？

• 需要跨网络通信 → TCP/UDP Socket。
• 本地任意进程间通信 → Unix Domain Socket（需文件路径）。
• 父子进程或线程间高效双向通信 → Socket Pair（匿名，无需文件路径）。
• 轻量级事件通知 → eventfd（无数据内容，仅计数器）。
• 混合场景 → 组合使用（如 Socket Pair + eventfd + epoll）。