socketpair概述

socketpair是Linux系统中用于创建一对相互连接的Unix域套接字的系统调用。这对套接字类似于全双工管道（pipe），但提供了更灵活的双向通信能力，常用于进程间通信（IPC）。与pipe不同，socketpair创建的套接字对无需区分读写端，两端均可自由读写。

核心特性

• 双向通信：两个套接字均可作为读写端点，支持全双工通信。
• Unix域套接字：数据仅在内核中传输，不经过网络协议栈，效率更高。
• 继承性：通过fork调用，子进程可继承父进程的套接字对。

函数原型

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

int socketpair(int domain, int type, int protocol, int sv[2]);

• domain：通常为AF_UNIX（Unix域）或AF_LOCAL。
• type：可选SOCK_STREAM（流式套接字）或SOCK_DGRAM（数据报套接字）。
• protocol：通常为0，表示默认协议。
• sv[2]：用于存储创建的两个套接字描述符的数组。

典型应用场景

1. 父子进程通信：父进程创建套接字对后调用fork，子进程继承套接字实现通信。
2. 线程间通信：同一进程内的线程通过共享套接字对传递数据。
3. 替代管道：当需要双向通信时，socketpair比pipe更灵活。

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代码示例：父子进程通信

以下示例展示如何使用socketpair在父子进程间传递数据：

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

int main() {
    int sv[2];
    char buf[128];

    // 创建套接字对
    if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sv) == -1) {
        perror("socketpair");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) { // 子进程
        close(sv[0]); // 关闭不需要的端点
        const char *msg = "Hello from child";
        write(sv[1], msg, strlen(msg) + 1);
        close(sv[1]);
    } else { // 父进程
        close(sv[1]); // 关闭不需要的端点
        read(sv[0], buf, sizeof(buf));
        printf("Parent received: %s\n", buf);
        close(sv[0]);
    }
    return 0;
}

输出结果：

Parent received: Hello from child

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socketpair与pipe的对比

| 特性 | socketpair | pipe | |---------------|--------------------------|--------------------------| | 通信方向 | 全双工 | 半双工 | | 描述符类型 | 套接字 | 文件描述符 | | 灵活性 | 支持流式/数据报 | 仅字节流 | | 使用场景 | 进程/线程间双向通信 | 单向通信 |

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高级用法：多线程通信

以下示例展示线程间通过socketpair传递结构化数据：

#include <pthread.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

typedef struct {
    int id;
    char name[32];
} Message;

void *thread_func(void *arg) {
    int sock = *(int *)arg;
    Message msg = { .id = 1, .name = "Thread" };
    write(sock, &msg, sizeof(msg));
    return NULL;
}

int main() {
    int sv[2];
    socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sv);

    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &sv[1]);

    Message received;
    read(sv[0], &received, sizeof(received));
    printf("Received: id=%d, name=%s\n", received.id, received.name);

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

输出结果：

Received: id=1, name=Thread

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常见问题与调试

1. EBADF错误：检查套接字描述符是否已关闭或无效。
2. EPROTONOSUPPORT：确保协议类型与域匹配（如AF_UNIX搭配SOCK_STREAM）。
3. 资源泄漏：务必在通信完成后关闭所有描述符。

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性能优化建议

• 缓冲区设置：通过setsockopt调整发送/接收缓冲区大小以适应高频数据传输。
• 非阻塞模式：使用fcntl设置O_NONBLOCK标志避免I/O阻塞。
• 信号处理：对SIGPIPE信号进行处理，防止写入已关闭的套接字导致进程终止。

通过深入理解socketpair的机制和实际应用场景，可以高效地实现Linux环境下的进程或线程间通信。

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