socket与文件描述符

在Linux编程时，无论是在操作文件还是网络操作时都能够通过文件描述符来read或者write。之前在没有接触C++的时候，不懂面向对象的那套东西。自从学习了C++以及面向对象的一些知识以后突然对Linux这套文件描述符有了稍微深刻的认识。

怎么说呢，Linux这一套文件机制就相当于面向对象里面的多态，拿到一个文件描述符都可以进行read或者write。但是具体的read和write却跟对应文件描述符的具体实现不同。比如socket的就是走网络，普通文件的就是走磁盘IO。

下面一张UML类图大概表现出了Linux文件描述符的大概意思：

当然，为了将不同的类型的I/O与对应的文件描述符绑定，则是需要不同的初始化函数的。在C++中有构造函数跟编译器帮助搞定，在C函数里只能自己动手丰衣足食了。

普通文件就通过open函数，指定对应的文件路径，操作系统通过路径能够找到对应的文件系统类型，如ext4啊，fat啊等等。

如果是网络呢，就通过socket函数来初始化，socket函数就通过(domain, type, protocol)来找到对应的网络协议栈，比如TCP/IP，UNIX等等。

整个Linux 文件系统的结构差不多就这个意思，socket跟他绑定也是为了统一接口。

所以网络相关的调用，如connect, bind等等，第一步基本上就是通过文件描述符找到对应的内核socket结构，然后在进行对应的操作。

SYSCALL_DEFINE2(listen, int, fd, int, backlog)
{
    struct socket *sock;
    int err, fput_needed;
    int somaxconn;

    /* 通过文件描述符获得 kernel socket结构， 并且增加此结构的引用计数 */
    sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);
    if (sock) {
        /* 进行检测，看看是否满足系统设计的需求，功能上不重要 */
        somaxconn = sock_net(sock->sk)->core.sysctl_somaxconn;
        if ((unsigned)backlog > somaxconn)
            backlog = somaxconn;
        /* 检测此调用是否安全 */
        err = security_socket_listen(sock, backlog);
        /* 执行具体的listen操作，TCP啊，或者是其他网络协议等等，这个ops是在socket时候绑定的 */
        if (!err)
            err = sock->ops->listen(sock, backlog);
        /* 减少kernel socket的引用计数 */
        fput_light(sock->file, fput_needed);
    }
    return err;
}

上面就是一个典型的调用listen的内核操作。

在socket层内核完成的就是一个interface功能，或许也可以叫做桥接模式(bridge pattern)。

这就是我对socket及Linux文件描述符的理解。