深入理解Golang Unix域socket通信

Golang Socket是一种通信方式可以在程序中通过网络发送和接收数据。主要有两种类型socketUnix域socket(AF_UNIX)和网络socket(AF_INET|AF_INET6)。本文主要介绍这几种类型socket及其之间的区别和应用场景。

Unix域socket

Unix域socket也称为本地socket用于在同一机器的进程间通信。实用基于文件的接口通过文件系统路径访问就像正常的文件。通常情况下Unix域socket比网络socket要更快、更高效他们通常用于内部进程(IPC)或服务间通信使用文件系统作为通信通道进行传输数据。

文件系统提供可靠的、有效的机制在进程间传输数据仅涉及到内核。进程间通信通过读写相同的socket文件这由内核进行管理。内核负责处理通信细节如同步、缓存和错误处理以及确保数据按正确的顺序可靠传输。

而网络socket的通信需要涉及内核网络栈、网络硬件过程使用网络协议如TCP/UDP网络socket通过网络建立连接并传输数据。内核和网络栈处理通信细节如路由、寻址以及纠错网络硬件处理数据在网络中物理传输。

Golang 中 Unix与socket被创建使用net.Dial客户端或net.Linsten服务端函数需要使用unix网络类型。举例下面代码创建Unix域socket并监听请求连接

// Create a Unix domain socket and listen for incoming connections.
socket, err := net.Listen("unix", "/tmp/mysocket.sock")
if err != nil {
    panic(err)
}

网络socket

网络socket在不同机器的进程间通信使用tcp或udp协议。网络socket比unix域socket应用更广可以在任何连接网络中机器进行中通信通常为服务端-客户端方式如web服务器和客户端应用。

Golang网络socket使用net.Dial 和 net.Listen函数创建使用tcp或udp协议。举例下面代码创建tcp socket并监听请求连接

// Create a TCP socket and listen for incoming connections.
socket, err := net.Listen("tcp", ":8000")
if err != nil {
    panic(err)
}

Unix域socket示例

下面看一个示例如何使用unix域socket下面代码使用unix域创建简单echo功能服务

package main
import (...)

func main() {
    sPath := "/tmp/echo.sock"
    // Create a Unix domain socket and listen for incoming connections.
    socket, err := net.Listen("unix", sPath)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    // Cleanup the sockfile.
    c := make(chan os.Signal, 1)
    signal.Notify(c, os.Interrupt, syscall.SIGTERM)
    go func() {
        <-c
        os.Remove(sPath)
        os.Exit(1)
    }()

    for {
        // Accept an incoming connection.
        conn, err := socket.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }

        // Handle the connection in a separate goroutine.
        go func(conn net.Conn) {
            defer conn.Close()
            // Create a buffer for incoming data.
            buf := make([]byte, 4096)

            // Read data from the connection.
            n, err := conn.Read(buf)
            if err != nil {
                log.Fatal(err)
            }

            // Echo the data back to the connection.
            _, err = conn.Write(buf[:n])
            if err != nil {
                log.Fatal(err)
            }
        }(conn)
    }
}

运行go build .生成可执行文件。然后利用netcat测试echo服务使用-U选项指定socket文件连接后可以发送和接收文件。

$ echo "File Socket Demo." | nc -U /tmp/echo.sock
File Socket Demo.

使用Unix域socket实现http服务器

unix域socket也可以实现http服务使用server.Serve和net.Listener函数

package main
import (...)

const socketPath = "/tmp/httpecho.sock"
func main() {
    // Create a Unix domain socket and listen for incoming connections.
    socket, err := net.Listen("unix", socketPath)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // Cleanup the sockfile.
    c := make(chan os.Signal, 1)
    signal.Notify(c, os.Interrupt, syscall.SIGTERM)
    go func() {
        <-c
        os.Remove(socketPath)
        os.Exit(1)
    }()

    m := http.NewServeMux()
    m.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Write([]byte("Hello golang network developer!"))
    })

    server := http.Server{
        Handler: m,
    }

    if err := server.Serve(socket); err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}

使用下面命令进行测试

$ curl -s -N --unix-socket /tmp/httpecho.sock http://localhost/
Hello golang network developer!

使用unix域socket实现http服务的优势为增强安全性、提升性能容易使用对于必须在同一台机器进程间通信的场景这些优点使得HTTP服务器实现更加高效、可靠、可扩展。

总结

安全性

unix域socket和网络socket在安全性方面有差异。unix域比网络更安全因为它不需要对外暴露给网络进行在同一台服务器上的进程间通信。unix域仅使用文件系统权限去控制访问指定用户和组创建socket文件并仅有权限的用户和组才能访问进程。这意味着仅收取进程能连接至socket和交互数据。

相反网络socket暴露在网络上并任何机器都可以连接并访问很容易受到恶意用户如黑客和恶意软件的攻击。网络socket使用tcp/udp协议这些协议有他们自己安全机制如加密和认证。但这些机制不足以防御各种类型的攻击网络socket总是存在威胁。

如何选择

具体选择哪种类型socket主要考虑的是应用程序需求和约束。Unix域套接字速度更快效率更高但仅限于同一机器上进程之间的通信。网络套接字更通用但需更多开销并可能受到网络延迟和网络攻击的影响。一般来说Unix域套接字适用于同一机器上的IPC和服务之间的通信而网络套接字适用于网络上的客户机-服务器通信。

当您需要在同一主机上的进程之间通信时应该选择Unix域套接字而不是网络套接字。Unix域套接字在同一主机上的进程之间提供了安全有效的通信通道适用于进程需要频繁或实时交换数据的场景。例如假设在K8s的pod中有两个容器它们必须尽可能快地相互通信!

综上所述Unix域套接字和网络套接字是Golang中两种重要的套接字类型用于不同的目的和场景。理解这些套接字类型之间的差异和权衡对于在Golang中设计和实现高效可靠的网络应用程序至关重要。请记住使用unix套接字的进程之间的通信仅由内核处理而在网络套接字中通信涉及内核、网络堆栈和网络硬件。