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tcp loopbcak与unix domain区别

了解 TCP 本地回环和 Unix 域套接字的区别与性能对比,探讨在 Linux 系统中如何使用这两种网络通信方式,并通过代码实例展示 Unix 域套接字的使用方法。

访问本机网络的方式

访问同一台电脑上的网络,一般用的地址是 localhost 或者 127.0.0.1这两种方式,比如本机有一个Nginx服务器,想要访问本机Nginx,在浏览器中输入localhost 或者 127.0.0.1就能访问到Nginx的首页。如果要连接到本机的mysql, 在连接的时候,把地址填127.0.0.1就好了

tcp 本地回环

为什么使用localhost或者1270.0.1就能访问本机的网络或者程序呢,是因为在每台电脑上都有一个特殊的网络,这个网络就是本地回环(local loopback)。localhost可以看做是 127.0.0.1 的域名。一般在hosts文件中都会有一条配置,使 localhost 映射到1270.0.0.1

在linux系统(debin 11)中, 使用 ip a命令可以查看本机的网络

可以看到,第一个网络就是本地回环(loopback),他的 ip 地址就是就是 127.0.0.1

本地回环也是网络,是一个特殊的虚拟网卡。使用本地回环网络时,数据也会经过网络栈的封包和解包。

可以看到,tcp属于运输层(传输层)协议,所以在本机发送数据时,也会经过

1传输层->网络层->lookback->网络层->传输层

这样一个过程。

unix domain

上面说了什么是 tcp 本地回环,那什么是 unix domain 呢。unix domain 严格来说不是网络,是unixlinux系统提供的一个进程间通信的方式,有点类似管道。看名字也知道,unix domain 只支持unix类的系统中,windows系统是不支持的。unix 的使用方式和 tcp很像,但是底层的工作原理差别却很大。

unix domain 中的数据传输 就不需要网络栈了,可以看做是操作系统做了一次内存中的一个数据复制。

使用 unix domain

如何使用tcp 相信都很熟了,就不上demo了。只上 unix domain 的代码吧。因为 unix domain 不支持 windows系统,所以要在linux或者unix系统中测试,下面会使用go在debin中测试一下

unix domain 和tcp 一样 也是分 服务器客户端

unix domain 服务器

 1package main
 2
 3import (
 4	"fmt"
 5	"io"
 6	"net"
 7)
 8
 9func main() {
10	listen, err := GetUnixListen("/tmp/test_server.sock")
11	if err != nil {
12		panic(err)
13	}
14
15	defer listen.Close()
16	for {
17		conn, err := listen.Accept()
18		if err != nil {
19			panic(err)
20		}
21
22		buf := make([]byte, 1024)
23		//读数据
24		n, err := conn.Read(buf)
25		if err != nil && err != io.EOF {
26			panic(err)
27		}
28		fmt.Printf("%s\n", buf[:n])
29
30		//写数据
31		_, err = conn.Write([]byte("hello"))
32		panic(err)
33	}
34}
35
36func GetUnixListen(addr string) (net.Listener, error) {
37	listen, err := net.Listen("unix", addr)
38	if err != nil {
39		return nil, err
40	}
41	return listen, nil
42}

unix domain 客户端

 1package main
 2
 3import (
 4	"fmt"
 5	"io"
 6	"net"
 7)
 8
 9func main() {
10	conn, err := GetUnixConn("/tmp/test_server.sock")
11	if err != nil {
12		panic(err)
13	}
14
15	buff := make([]byte, 1024)
16	n, err := conn.Read(buff)
17	if err != nil {
18		if err != io.EOF {
19			panic(err)
20		}
21	}
22	fmt.Printf("%s\n", buff[:n])
23
24	conn.Write([]byte("ok"))
25}
26
27func GetUnixConn(addr string) (net.Conn, error) {
28	conn, err := net.Dial("unix", addr)
29	if err != nil {
30		return nil, err
31	}
32	return conn, nil
33}

可以看到,在go中使用 unix domain的api 和tcp基本没有区别。有区别的地方是在监听和连接的地方。

tcp 通过 IP+端口的方式来确定地址的,而unix domain 同时一个文件符 来确定地址。

当unix domain开启监听后,会在目录中创建一个文件。在上面的例子中,就会在 /tmp 目录中创建一个test_server.sock 文件。 这是一个特殊的文件通过 file命令可以看到

1file test_server.sock 
2test_server.sock: socket

如果在同一个目录下有一个同名的文件,unix domain 的监听就会失败。就像一个端口默认只能被监听一次一样。

unix domain 和 tcp loopback 性能对比

我没有过严格的性能测试,只是写了一些简单的测试看了一下,在发送小的数据包时,unix domain 的性能会好于 tcp。当发送大的数据包时,两者的性能差距可以忽略不计了。

这个也是符合预期的,小的数据包时,tcp会经过网络协议栈,当数据量变大时,网络协议栈的影响可以忽略不计了。

总结

  1. tcp look back

可以在多个平台使用,通过本机的虚拟网卡完成数据传输,需要经过网络协议栈,性能开销相对大一些。

  1. unix domain

只能在unix类系统中使用,是操作系统提供的一种进程间通信方式。不需要经过网络协议栈,性能相对高一些。

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