linux内核中socket的实现Word格式文档下载.docx

1、31 sys_getsockname（a0, （struct sockaddr _user *）a1, 32 （int _user *）a2）;33 break;34 . 35 return err;36 可以看到代码比较简单,就是通过传递进来的call类型,来调用相应的socket相关的函数. 这里你可能注意到了,那就是一般文件句柄相关的操作,比如write,read,aio,poll这些并没有看到（也就是file_operations）.这是因为socket上面其实还有一层vfs层,内核把socket当做一个文件系统来处理,并实现了相应的vfs方法.因此下面我们先来了解下vfs.然后会描述

2、下进程如何通过vfs存取句柄. vfs其实就相当于对下层的文件系统和上层应用之间的粘合层,它定义了文件系统需要实现的相关的操作,然后下层的文件系统只需要实现这些方法就可以了,也就是说在内核其他部分和上层应用看来,所有的文件系统没有任何区别. 下面的这张图就是从用户空间调用write的大体流程:vfs中有4种主要的数据结构:1 超级块对象,代表一个已安装的文件系统.super_block 2 索引节点对象,代表一个文件.inode 3 目录项对象,代表一个目录项.dentry 4 文件对象,表示一个被进程打开的文件.file 其中每种对象都包含一个操作对象.依次为super_operations

3、,inode_operations,dentry_operations以及file_operations.各自操作不同的层次.然后我们的文件系统只需要实现这些方法,然后注册到内核就可以了. 接下来我们来看和vfs相应的结构:第一个就是file_system_type结构,这个结构表示了一个文件系统:37 struct file_system_type 38 const char *name;39 int fs_flags;40 /最关键的函数,得到文件系统的超级块. 41 int （*get_sb） （struct file_system_type *, int, 42 const char

4、*, void *, struct vfsmount *）;43 void （*kill_sb） （struct super_block *）;44 . 45 ;然后是vfsmount结构,它表示了一个安装点,换句话说也就是一个文件系统实例. 第三个是files_struct结构,它主要是为每个进程来维护它所打开的句柄.这里只需要注意一个就是fd_array和fstable中的fd的区别.当进程数比较少也就是小于NR_OPEN_DEFAULT（32）时,句柄就会存放在fd_array中,而当句柄数超过32则就会重新分配数组,然后将fd指针指向它（然后我们通过fd就可以取得相应的file结构）.

5、 而且files_struct是每个进程只有一个的. 46 struct files_struct 47 /* 48 * read mostly part 49 */ 50 atomic_t count;51 struct fdtable *fdt;52 struct fdtable fdtab;53 /* 54 * written part on a separate cache line in SMP 55 */ 56 spinlock_t file_lock _cacheline_aligned_in_smp;57 int next_fd;58 struct embedded_fd_se

6、t close_on_exec_init;59 struct embedded_fd_set open_fds_init;60 /所打开的所有文件 61 struct file * fd_arrayNR_OPEN_DEFAULT;62 ;63 64 65 struct fdtable 66 unsigned int max_fds;67 struct file * fd; /* current fd array */ 68 fd_set *close_on_exec;69 fd_set *open_fds;70 struct rcu_head rcu;71 struct fdtable *ne

7、xt;72 ;还有两个一个是fs_struct,一个是namespace也都是进程相关的.这里就不一一介绍了. 我这里vfs介绍只是个大概,需要详细了解的,可以去看ulk的vfs相关章节和linux内核设计与实现的相关章节. 因此下面的图表示了进程和socket的关系:上面的这张图有些老了,新的内核中的inode节点中已经没有u这个联合体了,对应的是会有一个包含socket和inode的一个结构体,然后我们通过inode,而inode中专门有个i_mode域来判断相应的inode类型,比如socket就是 S_IFSOCK.就可以直接计算出相应的socket的地址,然后就可以存取socket了

8、.后面我们会介绍. 内核中标售socket有两个数据结构,一个是socket,另一个是sock,其中socket是一个general BSD socket, 它也就是应用程序和4层协议之间的一个接口,屏蔽掉了相关的4层协议部分.而在内核中,socket所需要使用的相关的4层协议的信息全部是保存在sock结构当中的,而socket和sock这两个结构都有保存对方的指针,因此可以很容易的存取对方. 还有一个就是ops域,这个域保存了所有的相关的4层协议的操作函数. 而在sock中有一个sk_common保存了一个skc_prot域,这个域保存的是相应的协议簇的操作函数的集合. 后面介绍到socke

9、t创建的时候,我们会分析proto_ops和proto的区别.其实proto相当于对proto_ops的一层封装,最终会在proto中调用proto_ops. 73 /* 74 * struct socket - general BSD socket 75 * state: socket state （%SS_CONNECTED, etc） 76 * type: socket type （%SOCK_STREAM, etc） 77 * flags: socket flags （%SOCK_ASYNC_NOSPACE, etc） 78 * ops: protocol specific socke

10、t operations 79 * fasync_list: Asynchronous wake up list 80 * file: File back pointer for gc 81 * sk: internal networking protocol agnostic socket representation 82 * wait: wait queue for several uses 83 */ 84 struct socket 85 socket_state state;86 short type;87 unsigned long flags;88 const struct p

11、roto_ops *ops;89 struct fasync_struct *fasync_list;90 struct file *file;91 struct sock *sk;92 wait_queue_head_t wait;93 ;94 95 struct sock_common 96 unsigned short skc_family;97 volatile unsigned char skc_state;98 unsigned char skc_reuse;99 int skc_bound_dev_if;100 struct hlist_node skc_node;101 str

12、uct hlist_node skc_bind_node;102 atomic_t skc_refcnt;103 unsigned int skc_hash;104 struct proto *skc_prot;105 #ifdef CONFIG_NET_NS 106 struct net *skc_net;107 #endif 108 ;109 110 struct proto_ops 111 int family;112 struct module *owner;113 int （*release） （struct socket *sock）;114 int （*bind） （struct

13、 socket *sock, 115 struct sockaddr *myaddr, 116 int sockaddr_len）;117 int （*connect） （struct socket *sock, 118 struct sockaddr *vaddr, 119 int sockaddr_len, int flags）;120 . 121 ;然后我们来看sock_init的实现,在这个函数中,将socket注册为一个伪文件系统,并安装相应的mount点:122 /相应的mount对象 123 static struct vfsmount *sock_mnt _read_mostl

14、y;124 /文件系统对象. 125 static struct file_system_type sock_fs_type = 126 .name = sockfs, 127 .get_sb = sockfs_get_sb, 128 .kill_sb = kill_anon_super, 129 ;130 131 static int _init sock_init（void） 132 133 /* 134 * Initialize sock SLAB cache. 135 */ 136 137 sk_init（）;138 139 /* 140 * Initialize skbuff SLA

15、B cache 141 */ 142 skb_init（）;143 144 /初始化一个inodecache. 145 init_inodecache（）;146 /注册文件系统到内核. 147 register_filesystem（&sock_fs_type）;148 /安装mount点. 149 sock_mnt = kern_mount（&150 151 #ifdef CONFIG_NETFILTER 152 netfilter_init（）;153 #endif 154 return 0;155 我们知道每次创建一个socket,都是要依赖于当前的protocol family类型的

16、（后面会分析sys_socket的源码的时候会看到）.而在内核中,每种类型的protocol family都会有一个相对应的net_proto_family结构,然后将这个结构注册到内核的net_families数组中,这样我们创建socket的时候,就可以调用这个数组来创建socket. 我们先来看sock_register的源码,也就是如何将一个net_proto_family注册到相应的数组:156 static const struct net_proto_family *net_familiesNPROTO _read_mostly;157 158 int sock_register

17、（const struct net_proto_family *ops） 159 160 int err;161 162 if （ops-family = NPROTO） 163 printk（KERN_CRIT protocol %d = NPROTO（%d）n, ops-family, 164 NPROTO）;165 return -ENOBUFS;166 167 168 spin_lock（&net_family_lock）;169 /代码非常简单,就是根据类型,然后放到相应的位置. 170 if （net_familiesops-family） 171 err = -EEXIST;17

18、2 else 173 net_familiesops-family = ops;174 err = 0;175 176 spin_unlock（&177 178 printk（KERN_INFO NET: Registered protocol family %dnfamily）;179 return err;180 我们知道每个协议簇和相应的套接口都对应有好多种组合,因此在协议簇的实现中保存了一个相应的结构来保存这些组合,然后后面就首先通过family然后确定到某个结构,再根据套接口的类型来得到这个结构,并赋值给sock. 这里要注意我们只分析af_inet的实现,其他的协议簇都差不多:我们

19、来看这个的实现:181 /可以看到这是一个数组,每个元素都是一个链表,也就是每种类型的socket就是一个链表.而这个链表所包含的是不同4层协议的inetsw.可是在inet中,现在每种类型的socket只对应一个4层协议.这里只是为了以后扩展. 182 static struct list_head inetswSOCK_MAX;183 184 /相应的socket的对应的信息的结构. 185 struct inet_protosw 186 struct list_head list;187 188 /需要这两个key才能定位一个inet_protosw. 189 unsigned shor

20、t type; /* This is the 2nd argument to socket（2）. */ 190 unsigned short protocol; /* This is the L4 protocol number. */ 191 192 /相应的基于ipv4的4层协议的操作集合. 193 struct proto *prot;194 /相应的协议簇的操作信息. 195 const struct proto_ops *ops;196 197 int capability; /* Which （if any） capability do 198 * we need to use

21、this socket 199 * interface?200 */ 201 char no_check; /* checksum on rcv/xmit/none? */ 202 unsigned char flags; /* See INET_PROTOSW_* below. */ 203 ;204 205 void inet_register_protosw（struct inet_protosw *p） 206 207 struct list_head *lh;208 struct inet_protosw *answer;209 int protocol = p-protocol;2

22、10 struct list_head *last_perm;211 . 212 answer = NULL;213 last_perm = &inetswp-type;214 /这个操作也很简单,就是将inet_protosw根据套接口类型插入到全局链表数组. 215 list_for_each（lh, &type） 216 answer = list_entry（lh, struct inet_protosw, list）;217 218 /* Check only the non-wild match. */ 219 if （INET_PROTOSW_PERMANENT & answer

23、-flags） 220 if （protocol = answer-protocol） 221 break;222 last_perm = lh;223 224 225 answer = NULL;226 227 if （answer） 228 goto out_permanent;229 /插入链表. 230 list_add_rcu（&p-list, last_perm）;231 . 接下来来分析inet_init的源码. 232 /表示了所有的可能的当前协议簇和套接口类型的组合. 233 static struct inet_protosw inetsw_array = 234 235

24、236 .type = SOCK_STREAM, 237 .protocol = IPPROTO_TCP, 238 .prot = &tcp_prot, 239 .ops = &inet_stream_ops, 240 .capability = -1, 241 .no_check = 0, 242 .flags = INET_PROTOSW_PERMANENT | 243 INET_PROTOSW_ICSK, 244 , 245 246 247 .type = SOCK_DGRAM, 248 .protocol = IPPROTO_UDP, 249 .prot = &udp_prot, 25

25、0 .ops = &inet_dgram_ops, 251 .capability = -1, 252 .no_check = UDP_CSUM_DEFAULT, 253 .flags = INET_PROTOSW_PERMANENT, 254 , 255 256 257 258 .type = SOCK_RAW, 259 .protocol = IPPROTO_IP, /* wild card */ 260 .prot = &raw_prot, 261 .ops = &inet_sockraw_ops, 262 .capability = CAP_NET_RAW, 263 .no_check = UDP_CSUM_DEFAULT, 264 .flags = INET_PROTOSW_REUSE, 265 266 ;267 268 /协议簇的创建函数. 269 static struct net_proto_family inet_family_ops = 270 .family = PF_INET, 271 .create = inet_create, 272 .owner = THIS_MODULE, 273 ;274 275 static int _init inet_init（void） 276 277 .