struct socket結構體詳解

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    在內核中爲何要有struct socket結構體呢？

   struct socket結構體的做用是什麼？

   下面這個圖，我以爲能夠回答以上兩個問題。  

 

    由這個圖可知，內核中的進程能夠經過使用struct socket結構體來訪問linux內核中的網絡系統中的傳輸層、網絡層、數據鏈路層。也能夠說struct socket是內核中的進程與內核中的網路系統的橋樑。

 

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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在網絡層的表示；              const  struct  proto_ops *ops;             }     struct  socket結構體的類型 enum  sock_type {     SOCK_STREAM = 1,  // 用於與TCP層中的tcp協議數據的struct socket          SOCK_DGRAM  = 2,  //用於與TCP層中的udp協議數據的struct socket          SOCK_RAW    = 3,  // raw struct socket          SOCK_RDM    = 4,  //可靠傳輸消息的struct socket          SOCK_SEQPACKET = 5, // sequential packet socket          SOCK_DCCP   = 6,          SOCK_PACKET = 10,  //從dev level中獲取數據包的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

   咱們知道在TCP層中使用兩個協議：tcp協議和udp協議。而在將TCP層中的數據往下傳輸時，要使用網絡層的協議，而網絡層的協議不少，不一樣的網絡使用不一樣的網絡層協議。咱們經常使用的因特網中，網絡層使用的是IPV4和IPV6協議。

   因此在內核中的進程在使用struct socket提取內核網絡系統中的數據時，不光要指明struct socket的類型(用於說明是提取TCP層中tcp協議負載的數據，仍是udp層負載的數據)，還要指明網絡層的協議類型(網絡層的協議用於負載TCP層中的數據)。

   linux內核中的網絡系統中的網絡層的協議，在linux中被稱爲address family(地址簇，一般以AF_XXX表示）或protocol family(協議簇，一般以PF_XXX表示)。

   

         

 

 1.建立一個struct socket結構體：

   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 : 指定協議簇的類型，其值爲：PF_XXX或 AF_XXX

   type   : 指定要建立的struct socket結構體的類型；

   protocol : 通常爲0；

   res    : 中存放建立的struct socket結構體的地址；

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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 ); } 若是在內核中建立 struct  socket時，推薦使用sock_create_kern()函數；     // 網絡協議簇結構體 struct  net_proto_family {     int  family ;  // 協議簇     int  (*create)( struct  net *net,  struct  socket *sock,   int  protocol);     struct  module  *owner; };   內核中的全部的網絡協議的響應的網絡協議簇結構體都存放在 net_families[]指針數組中； 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(); //分配一個struct socket 結構體      sock->type = type;            pf = rcu_dereference(net_families[family]);  //獲取相應的網絡協議簇結構體的地址；      pf->create(net, sock, protocol);  // 對struct socket結構體作相應的處理；            *res = sock;  // res中保存建立的struct socket結構體的地址；      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); //分配一個新的struct inode節點       sock = SOCKET_I(inode);        inode->i_mode = S_IFSOCK | S_IRWXUGO; //設置inode節點的權限       inode->i_uid = current_fsuid();  // 設置節點的UID       inode->i_gid = current_fsgid();  //設置節點的GID              return  sock;  }

  有以上的代碼可知：linux內核在使用sock_create()、sock_create_kern()

進行struct socket結構體的建立時，其本質是分配了一個struct socket_alloc

結構體，而這個struct socket_alloc結構體中包含了struct socket 和struct

inode(struct inode結構體，是linux內核用來刻畫一個存放在內存中的文件的，經過將struct inode 和 struct socket綁定在一塊兒造成struct socket_alloc結構體，來表示內核中的網絡文件)。而後對分配的struct socket結構體進行初始化，來定義內核中的網絡文件的類型(family, type, protocol).

 

   在linux網絡系統中還有兩個很是重要的套接字地址結構體：

          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 中存放端口號、網路層中的協議類型(ipv4,ipv6)等，網絡層的IP地址； struct  sockaddr_in {      sa_family_t sin_family ;  // Address family AF_XXX            __be16      sin_port   ;  // 端口號            struct  in_addr sin_addr ;  // Internet Address             /*Pad to size of  'struct sockaddr'*/       ...........   };   //套接字地址結構體。 struct  sockaddr {      sa_family_t sa_family;  // 存放網絡層所使用的協議類型(AF_XXX 或 PF_XXX);      char  sa_data[14];    // 裏面存放端口號、網絡層地址等信息； }

 

   從本質上來講，struct sockaddr與struct sockaddr_in是相同的。

   但在，實際的使用過程當中，struct sockaddr_in是 Internet環境下的套接字地址形式，而struct sockaddr是經過的套接字地址個形式。在linux內核中struct sockaddr使用的更多，目的是使linux內核代碼更爲通用。

   struct sockaddr_in 能夠與 struct sockaddr 進行自由的轉換。

  

   2.將建立的套接字(struct socket)與套接字地址結構體(struct sockaddr or struct sockaddr_in)進行綁定：

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

                     int addrlen)

     EXPROT_SYMBOL(kernel_bind);

     sock : 爲經過sock_create()或sock_create_kern()建立的套接字；

     addr : 爲套接字地址結構體；

     addrlen:爲套接字地址結構體的大小；

 

   3.將一個套接字(struct socket)設置爲監聽狀態：

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

     backlog :通常狀況下設置爲0；

     EXPORT_SYMBOL(kernel_listen);

 

   4.當把一個套接字設置爲監聽狀態之後，使用這個套接字去監聽其它的套接字；

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

                      int flags);

   EXPORT_SYMBOL(kernel_accept);

   sock : listening socket 處於監聽狀態的套接字；

   new_sock : 被監聽的套接字；

   flags: struct socket中的flags字段的取值；

 

   5.把一個套接字鏈接到另外一個套接字地址結構體上：

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

                       int addrlen, int flags);

   EXPORT_SYMBOL(kernel_connect);

   sock : struct socket;

   addr : 爲另外一個新的套接字地址結構體；

   addrlen : 套接字地址結構體的大小；

   flags :file-related flags associated with socket

 

   6.把一個應用層中的數據發送給另外一個設備中的進程：

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

                         struct kvec *vec, size_t num, size_t size)

     EXPORT_SYMBOL(kernel_sendmsg);

     sock : 爲當前進程中的struct socket套接字；

     msg  : 用於接收來自應用層的數據包；

     kvec : 中存放將要發送出去的數據；

     num  : 見代碼；

     size : 爲將要發送的數據的長度；

 

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struct  iovec {      void  __user *iov_base;      __kernel_size_t iov_len; }   struct  msghdr {       //用於存放目的進程所使用的套接字地址       void  *msg_name;   // 用於存放目的進程的struct sockaddr_in        int    msg_namelen;  // 目的進程的sizeof(struct sockaddr_in)                     //用於來自應用層的數據       struct  iovec *msg_iov ; // 指向一個struct iovec的數組，數組中的每一個成員表示一個數據塊       __kernel_size_t  msg_iovlen ;  //數據塊數，即struct iovec數組的大小                     //用於存放一些控制信息       void  *msg_control ;       __kernel_size_t msg_controllen;  //控制信息的長度；                     //       int  msg_flags;             }

 

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struct  kvec {      void  *iov_base;  //用於存放來自應用層的數據；      size_t  iov_len;  //來自應用層的數據的長度； }

 

 struct msghdr中的flags字段的取值爲：

 

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

           struct kvec *vec, size_t num, size_t size)函數的實現爲：

 

   有kernel_sendmsg()的實現代碼可知，struct kvec中的數據部分最終仍是要放到struct msghdr之中去的。

   kernel_sendmsg()的用法：

   也可使用下面這個函數來實現相同的功能：

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

                    size_t size);

  EXPORT_SYMBOL(sock_sendmsg);

  

  

  7.接受來自另外一個網絡進程中的數據：

    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 : 爲接受進程的套接字；

    msg  : 用於存放接受到的數據；

    vec  : 用於指向本地進程中的緩存區；

    num  : 爲數據塊的塊數；

    size : 緩存區的大小；

    flags: struct msghdr中的flags字段中的取值範圍；

  int kernel_recvmsg()的實現：

  kernel_recvmsg()的用法：

 

 

  8.關閉一個套接字：

    void sock_release(struct socket *sock);

      用於關閉一個套接字，而且若是一個它struct socket綁定到了一個struct

inode節點上的話，相應的struct inode也會被釋放。

 

  

    以上這些函數位於linux源代碼包中的/net/socket.c之中。

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