struct socket结构体详解

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    在内核中为何要有struct socket结构体呢？

   struct socket结构体的做用是什么？

   下面这个图，我以为能够回答以上两个问题。  

 

    由这个图可知，内核中的进程能够经过使用struct socket结构体来访问linux内核中的网络系统中的传输层、网络层、数据链路层。也能够说struct socket是内核中的进程与内核中的网路系统的桥梁。

 

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struct  socket {       socket_state  state;  // socket state              short    type ;  // socket type              unsigned  long   flags;  // socket flags              struct  fasync_struct  *fasync_list;              wait_queue_head_t wait;              struct  file *file;              struct  sock *sock;   // socket在网络层的表示；              const  struct  proto_ops *ops;             }     struct  socket结构体的类型 enum  sock_type {     SOCK_STREAM = 1,  // 用于与TCP层中的tcp协议数据的struct socket          SOCK_DGRAM  = 2,  //用于与TCP层中的udp协议数据的struct socket          SOCK_RAW    = 3,  // raw struct socket          SOCK_RDM    = 4,  //可靠传输消息的struct socket          SOCK_SEQPACKET = 5, // sequential packet socket          SOCK_DCCP   = 6,          SOCK_PACKET = 10,  //从dev level中获取数据包的socket };   struct  socket 中的flags字段取值：    #define SOCK_ASYNC_NOSPACE  0    #define SOCK_ASYNC_WAITDATA 1    #define SOCK_NOSPACE        2    #define SOCK_PASSCRED       3    #define SOCK_PASSSEC        4

   咱们知道在TCP层中使用两个协议：tcp协议和udp协议。而在将TCP层中的数据往下传输时，要使用网络层的协议，而网络层的协议不少，不一样的网络使用不一样的网络层协议。咱们经常使用的因特网中，网络层使用的是IPV4和IPV6协议。

   因此在内核中的进程在使用struct socket提取内核网络系统中的数据时，不光要指明struct socket的类型(用于说明是提取TCP层中tcp协议负载的数据，仍是udp层负载的数据)，还要指明网络层的协议类型(网络层的协议用于负载TCP层中的数据)。

   linux内核中的网络系统中的网络层的协议，在linux中被称为address family(地址簇，一般以AF_XXX表示）或protocol family(协议簇，一般以PF_XXX表示)。

   

         

 

 1.建立一个struct socket结构体：

   int sock_create(int family, int type, int protocol, 

                    struct socket **res);

   int sock_create_kern(int family, int type, int protocol,

                         struct socket **res);

   EXPROT_SYMBOL(sock_create);

   EXPROT_SYMBOL(sock_create_kern);

   family : 指定协议簇的类型，其值为：PF_XXX或 AF_XXX

   type   : 指定要建立的struct socket结构体的类型；

   protocol : 通常为0；

   res    : 中存放建立的struct socket结构体的地址；

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int  sock_create( int  family,  int  type,  int  protocol,  struct  socket **res) {     return  __sock_create(current->nsproxy->net_ns, family, type, protocol, res, 0); }   int  sock_create_kern( int  family,  int  type,  int  protocol,  struct  socket **res) {     return  __sock_create( &init_net, family, type, protocot, res, 1 ); } 若是在内核中建立 struct  socket时，推荐使用sock_create_kern()函数；     // 网络协议簇结构体 struct  net_proto_family {     int  family ;  // 协议簇     int  (*create)( struct  net *net,  struct  socket *sock,   int  protocol);     struct  module  *owner; };   内核中的全部的网络协议的响应的网络协议簇结构体都存放在 net_families[]指针数组中； static  struct  net_proto_family *net_families[NPROTO];   static  int  __sock_create( struct  net *net,  int  family,  int  type,  int  protocol,                            struct  socket **res,  int  kern ) {      struct  socket *sock;      struct  net_proto_family *pf;            sock = sock_alloc(); //分配一个struct socket 结构体      sock->type = type;            pf = rcu_dereference(net_families[family]);  //获取相应的网络协议簇结构体的地址；      pf->create(net, sock, protocol);  // 对struct socket结构体作相应的处理；            *res = sock;  // res中保存建立的struct socket结构体的地址；      return  0; }     struct  socket_alloc {     struct  socket socket ;     struct  inode vfs_node ; }   static  inline  struct  socket *SOCKET_I( struct  inode *inode) {     return  &contain_of(inode,  struct  socket_alloc, vfs->node)->socket; } static  struct  socket *sock_alloc( void ) {       struct  inode *inode;       struct  socket *sock;       inode = new_inode(sock_mnt->mnt_sb); //分配一个新的struct inode节点       sock = SOCKET_I(inode);        inode->i_mode = S_IFSOCK | S_IRWXUGO; //设置inode节点的权限       inode->i_uid = current_fsuid();  // 设置节点的UID       inode->i_gid = current_fsgid();  //设置节点的GID              return  sock;  }

  有以上的代码可知：linux内核在使用sock_create()、sock_create_kern()

进行struct socket结构体的建立时，其本质是分配了一个struct socket_alloc

结构体，而这个struct socket_alloc结构体中包含了struct socket 和struct

inode(struct inode结构体，是linux内核用来刻画一个存放在内存中的文件的，经过将struct inode 和 struct socket绑定在一块儿造成struct socket_alloc结构体，来表示内核中的网络文件)。而后对分配的struct socket结构体进行初始化，来定义内核中的网络文件的类型(family, type, protocol).

 

   在linux网络系统中还有两个很是重要的套接字地址结构体：

          struct sockaddr_in

          struct sockaddr;

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typedef  unsigned  short  sa_family_t;   // Internet Address struct  in_addr{      __b32 s_addr; }   //struct describing an Internet socket address //sockaddr_in 中存放端口号、网路层中的协议类型(ipv4,ipv6)等，网络层的IP地址； struct  sockaddr_in {      sa_family_t sin_family ;  // Address family AF_XXX            __be16      sin_port   ;  // 端口号            struct  in_addr sin_addr ;  // Internet Address             /*Pad to size of  'struct sockaddr'*/       ...........   };   //套接字地址结构体。 struct  sockaddr {      sa_family_t sa_family;  // 存放网络层所使用的协议类型(AF_XXX 或 PF_XXX);      char  sa_data[14];    // 里面存放端口号、网络层地址等信息； }

 

   从本质上来讲，struct sockaddr与struct sockaddr_in是相同的。

   但在，实际的使用过程当中，struct sockaddr_in是 Internet环境下的套接字地址形式，而struct sockaddr是经过的套接字地址个形式。在linux内核中struct sockaddr使用的更多，目的是使linux内核代码更为通用。

   struct sockaddr_in 能够与 struct sockaddr 进行自由的转换。

  

   2.将建立的套接字(struct socket)与套接字地址结构体(struct sockaddr or struct sockaddr_in)进行绑定：

     int kernel_bind(struct socket *sock, struct sockaddr *addr,

                     int addrlen)

     EXPROT_SYMBOL(kernel_bind);

     sock : 为经过sock_create()或sock_create_kern()建立的套接字；

     addr : 为套接字地址结构体；

     addrlen:为套接字地址结构体的大小；

 

   3.将一个套接字(struct socket)设置为监听状态：

     int kernel_listen(struct socket *sock, int backlog);

     backlog :通常状况下设置为0；

     EXPORT_SYMBOL(kernel_listen);

 

   4.当把一个套接字设置为监听状态之后，使用这个套接字去监听其它的套接字；

   int kernel_accept(struct socket *sock, struct socket **new_sock,

                      int flags);

   EXPORT_SYMBOL(kernel_accept);

   sock : listening socket 处于监听状态的套接字；

   new_sock : 被监听的套接字；

   flags: struct socket中的flags字段的取值；

 

   5.把一个套接字链接到另外一个套接字地址结构体上：

   int kernel_connect(struc socket *sock, struct sockaddr *addr,

                       int addrlen, int flags);

   EXPORT_SYMBOL(kernel_connect);

   sock : struct socket;

   addr : 为另外一个新的套接字地址结构体；

   addrlen : 套接字地址结构体的大小；

   flags :file-related flags associated with socket

 

   6.把一个应用层中的数据发送给另外一个设备中的进程：

     int kernel_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,

                         struct kvec *vec, size_t num, size_t size)

     EXPORT_SYMBOL(kernel_sendmsg);

     sock : 为当前进程中的struct socket套接字；

     msg  : 用于接收来自应用层的数据包；

     kvec : 中存放将要发送出去的数据；

     num  : 见代码；

     size : 为将要发送的数据的长度；

 

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struct  iovec {      void  __user *iov_base;      __kernel_size_t iov_len; }   struct  msghdr {       //用于存放目的进程所使用的套接字地址       void  *msg_name;   // 用于存放目的进程的struct sockaddr_in        int    msg_namelen;  // 目的进程的sizeof(struct sockaddr_in)                     //用于来自应用层的数据       struct  iovec *msg_iov ; // 指向一个struct iovec的数组，数组中的每一个成员表示一个数据块       __kernel_size_t  msg_iovlen ;  //数据块数，即struct iovec数组的大小                     //用于存放一些控制信息       void  *msg_control ;       __kernel_size_t msg_controllen;  //控制信息的长度；                     //       int  msg_flags;             }

 

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struct  kvec {      void  *iov_base;  //用于存放来自应用层的数据；      size_t  iov_len;  //来自应用层的数据的长度； }

 

 struct msghdr中的flags字段的取值为：

 

int kernel_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,

           struct kvec *vec, size_t num, size_t size)函数的实现为：

 

   有kernel_sendmsg()的实现代码可知，struct kvec中的数据部分最终仍是要放到struct msghdr之中去的。

   kernel_sendmsg()的用法：

   也可使用下面这个函数来实现相同的功能：

  int sock_sendmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,

                    size_t size);

  EXPORT_SYMBOL(sock_sendmsg);

  

  

  7.接受来自另外一个网络进程中的数据：

    int kernel_recvmsg(struct socket *sock, struct msghdr *msg,

              struct kvec *vec, size_t num, size_t size, int flags)

    EXPORT_SYMBOL(kernel_recvmsg);

    sock : 为接受进程的套接字；

    msg  : 用于存放接受到的数据；

    vec  : 用于指向本地进程中的缓存区；

    num  : 为数据块的块数；

    size : 缓存区的大小；

    flags: struct msghdr中的flags字段中的取值范围；

  int kernel_recvmsg()的实现：

  kernel_recvmsg()的用法：

 

 

  8.关闭一个套接字：

    void sock_release(struct socket *sock);

      用于关闭一个套接字，而且若是一个它struct socket绑定到了一个struct

inode节点上的话，相应的struct inode也会被释放。

 

  

    以上这些函数位于linux源代码包中的/net/socket.c之中。

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