linux内核源码阅读（七）套接字的工作原理

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我是靠谱客的博主敏感火，最近开发中收集的这篇文章主要介绍linux内核源码阅读（七）套接字的工作原理，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

INET 套接字就是支持 Internet 地址族的套接字，它位于TCP协议之上， BSD套接字之下，如图12.8，这里也体现了Linux网络模块分层的设计思想。

图12.8 INET 套接字

INET和 BSD 套接字之间的接口通过 Internet 地址族套接字操作集实现，这些操作集实际是一组协议的操作例程，在include/linux/net.h中定义为proto_ops：

struct proto_ops {

int family;

int (*release) (struct socket *sock);

int (*bind) (struct socket *sock, struct sockaddr *umyaddr,

int sockaddr_len);

int (*connect) (struct socket *sock, struct sockaddr *uservaddr,

int sockaddr_len, int flags);

int (*socketpair) (struct socket *sock1, struct socket *sock2);

int (*accept) (struct socket *sock, struct socket *newsock,

int flags);

int (*getname) (struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,

int *usockaddr_len, int peer);

unsigned int (*poll) (struct file *file, struct socket *sock, struct poll_table_struct *wait);

int (*ioctl) (struct socket *sock, unsigned int cmd,

unsigned long arg);

int (*listen) (struct socket *sock, int len);

int (*shutdown) (struct socket *sock, int flags);

int (*setsockopt) (struct socket *sock, int level, int optname,

char *optval, int optlen);

int (*getsockopt) (struct socket *sock, int level, int optname,

char *optval, int *optlen);

int (*sendmsg) (struct socket *sock, struct msghdr *m, int total_len, struct scm_cookie *scm);

int (*recvmsg) (struct socket *sock, struct msghdr *m, int total_len, int flags, struct scm_cookie *scm);

int (*mmap) (struct file *file, struct socket *sock, struct vm_area_struct * vma);

ssize_t (*sendpage) (struct socket *sock, struct page *page, int offset, size_t size, int flags);

};

这个操作集类似于文件系统中的file_operations结构。BSD 套接字层通过调用 proto_ops 结构中的相应函数执行任务。BSD 套接字层向 INET 套接字层传递 socket 数据结构来代表一个 BSD 套接字，socket结构在include/linux/net.h中定义如下：

struct socket

{

socket_state state;

unsigned long flags;

struct proto_ops *ops;

struct inode *inode;

struct fasync_struct *fasync_list; /* Asynchronous wake up list */

struct file *file; /* File back pointer for gc */

struct sock *sk;

wait_queue_head_t wait;

short type;

unsigned char passcred;

};

但在 INET 套接字层中，它利用自己的 sock 数据结构来代表该套接字，因此，这两个结构之间存在着链接关系，Sock结构定义于include/net/sock.h（此结构有80多行，在此不予列出）。在 BSD 的 socket 数据结构中存在一个指向sock的指针sk，而在sock中又有一个指向socket的值中，这两个指针将 BSD socket 数据结构和sock 数据结构链接了起来。通过这种链接关系，套接字调用就可以方便地检索到 sock 数据结构。实际上，sock 数据结构可适用于不同的地址族，它也定义有自己的协议操作集proto。在建立套接字时，sock 数据结构的协议操作集指针指向所请求的协议操作集。如果请求 TCP 协议，则 sock 数据结构的协议操作集指针将指向 TCP 的协议操作集。

进程在利用套接字进行通讯时，采用客户－服务器模型。服务器首先创建一个套接字，并将某个名称绑定到该套接字上，套接字的名称依赖于套接字的底层地址族，但通常是服务器的本地地址。套接字的名称或地址通过 sockaddr 数据结构指定，该结构定义于include/linux/socket.h中：

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */

};

对于 INET 套接字来说，服务器的地址由两部分组成，一个是服务器的 IP 地址，另一个是服务器的端口地址。已注册的标准端口可查看 /etc/services 文件。将地址绑定到套接字之后，服务器就可以监听请求链接该绑定地址的传入连接。连接请求由客户生成，它首先建立一个套接字，并指定服务器的目标地址以请求建立连接。传入的连接请求通过不同的协议层最终到达服务器的监听套接字。服务器接收到传入的请求后，如果能够接受该请求，服务器必须创建一个新的套接字来接受该请求并建立通讯连接（用于监听的套接字不能用来建立通讯连接），这时，服务器和客户就可以利用建立好的通讯连接传输数据。

BSD 套接字上的详细操作与具体的底层地址族有关，底层地址族的不同实际意味着寻址方式、采用的协议等的不同。Linux 利用 BSD 套接字层抽象了不同的套接字接口。在内核的初始化阶段，内建于内核的不同地址族分别以 BSD 套接字接口在内核中注册。然后，随着应用程序创建并使用 BSD 套接字，

内核负责在 BSD 套接字和底层的地址族之间建立联系。这种联系通过交叉链接数据结构以及地址族专有的支持例程表建立。

在内核中，地址族和协议信息保存在inet_protos 向量中，其定义于include/net/protocol.h：

struct inet_protocol *inet_protos[MAX_INET_PROTOS];

/* This is used to register protocols. */

struct inet_protocol

{

int (*handler)(struct sk_buff *skb);

void (*err_handler)(struct sk_buff *skb, u32 info);

struct inet_protocol *next;

unsigned char protocol;

unsigned char copy:1;