Linux内核创建socket的过程(1)

当我们调用socket()这个系统调用的时候，Linux内核究竟做了哪些事情呢？
Ok，就让我们来看看这socket背后的故事吧。

1.用户程序首先调用socket()系统调用，其原型为:
int socket(int domain, int type, int protocol)

2.我们调用的socket()系统调用其实是glic这个库提供的，glic内部会执行实际的系统调用。
我们可以看一下glic的内部实现。
文件sysdeps/unix/sysv/linux/i386/socket.S

.globl __socket
ENTRY (__socket)
#if defined NEED_CANCELLATION && defined CENABLE
    SINGLE_THREAD_P
    jne 1f
#endif

    /* 保存ebx寄存器的值 */
    movl %ebx, %edx
    cfi_register (3, 2)

    /* 把系统调用的调用号放到eax寄存器里 */
    movl $SYS_ify(socketcall), %eax

    /* 传给syscall的第一个参数是子code，用来识别是哪一个socket系统调用 */
    movl $P(SOCKOP_,socket), %ebx

    /* 第二个参数是用户态传递的参数数组的地址 */
    lea 4(%esp), %ecx

    /* 执行系统调用 */
    ENTER_KERNEL

    /* 恢复ebx寄存器 */
    movl %edx, %ebx
    cfi_restore (3)

    /* 如果发生了错误，%eax小于0 */
    cmpl $-125, %eax
    jae SYSCALL_ERROR_LABEL

    /* 成功的话返回系统调用的结果 */
L(pseudo_end):
    ret

为了节约系统调用号，在2.4以后的内核中，已经把所有的socket相关的系统调用，比如connect(),send()等等，都统一封装在一个内核函数sys_socketcall()里，执行系统调用的时候，需要传递一个SOCKOP_XXX(sysdeps/unix/sysv/linux/socketcall.h)来识别是哪个socket函数。

3.当内核收到系统调用的命令以后，会从eax寄存器中取出系统调用号，然后在sys_call_table
这个表中查找对应的处理系统调用的函数，具体过程不再赘述。
内核会调用sys_socketcall()来处理。
文件net/socket.c

asmlinkage long sys_socketcall(int call, unsigned long __user *args)
{
    unsigned long a[6];
    unsigned long a0, a1;
    int err;

    if (call < 1 || call > SYS_ACCEPT4)
        return -EINVAL;

    /* 调用copy_from_user函数，从用户空间的内存地址拷贝参数到内核空间 */
    if (copy_from_user(a, args, nargs[call]))
        return -EFAULT;

    err = audit_socketcall(nargs[call] / sizeof(unsigned long), a);
    if (err)
        return err;

    a0 = a[0];
    a1 = a[1];

    switch (call) {
    case SYS_SOCKET:
        err = sys_socket(a0, a1, a[2]);
        break;
    case SYS_BIND:
        err = sys_bind(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]);
        break;
    case SYS_CONNECT:
        err = sys_connect(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]);
        break;
    case SYS_LISTEN:
        err = sys_listen(a0, a1);
        break;
    case SYS_ACCEPT:
        err = sys_accept4(a0, (struct sockaddr __user *)a1,
                  (int __user *)a[2], 0);
        break;
    case SYS_GETSOCKNAME:
        err =
            sys_getsockname(a0, (struct sockaddr __user *)a1,
                    (int __user *)a[2]);
        break;
    case SYS_GETPEERNAME:
        err =
            sys_getpeername(a0, (struct sockaddr __user *)a1,
                    (int __user *)a[2]);
        break;
    case SYS_SOCKETPAIR:
        err = sys_socketpair(a0, a1, a[2], (int __user *)a[3]);
        break;
    case SYS_SEND:
        err = sys_send(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3]);
        break;
    case SYS_SENDTO:
        err = sys_sendto(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3],
                 (struct sockaddr __user *)a[4], a[5]);
        break;
    case SYS_RECV:
        err = sys_recv(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3]);
        break;
    case SYS_RECVFROM:
        err = sys_recvfrom(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3],
                   (struct sockaddr __user *)a[4],
                   (int __user *)a[5]);
        break;
    case SYS_SHUTDOWN:
        err = sys_shutdown(a0, a1);
        break;
    case SYS_SETSOCKOPT:
        err = sys_setsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3], a[4]);
        break;
    case SYS_GETSOCKOPT:
        err =
            sys_getsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3],
                   (int __user *)a[4]);
        break;
    case SYS_SENDMSG:
        err = sys_sendmsg(a0, (struct msghdr __user *)a1, a[2]);
        break;
    case SYS_RECVMSG:
        err = sys_recvmsg(a0, (struct msghdr __user *)a1, a[2]);
        break;
    case SYS_ACCEPT4:
        err = sys_accept4(a0, (struct sockaddr __user *)a1,
                  (int __user *)a[2], a[3]);
        break;
    default:
        err = -EINVAL;
        break;
    }
    return err;
}

可以看到，sys_socketcall会通过call这个参数来判断执行哪个socket动作。
因为我们调用的是socket()系统调用，所以会执行sys_socket()这个函数。

4.内核调用sys_socket()来处理创建socket的系统调用。
文件net/socket.c

asmlinkage long sys_socket(int family, int type, int protocol)
{
    int retval;
    struct socket *sock;
    int flags;

    /* Check the SOCK_* constants for consistency.  */
    BUILD_BUG_ON(SOCK_CLOEXEC != O_CLOEXEC);
    BUILD_BUG_ON((SOCK_MAX | SOCK_TYPE_MASK) != SOCK_TYPE_MASK);
    BUILD_BUG_ON(SOCK_CLOEXEC & SOCK_TYPE_MASK);
    BUILD_BUG_ON(SOCK_NONBLOCK & SOCK_TYPE_MASK);

    flags = type & ~SOCK_TYPE_MASK;
    if (flags & ~(SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK))
        return -EINVAL;
    type &= SOCK_TYPE_MASK;

    if (SOCK_NONBLOCK != O_NONBLOCK && (flags & SOCK_NONBLOCK))
        flags = (flags & ~SOCK_NONBLOCK) | O_NONBLOCK;

    /* 实际创建socket */
    retval = sock_create(family, type, protocol, &sock);
    if (retval < 0)
        goto out;

    /* 把创建的socket映射到文件描述符 */
    retval = sock_map_fd(sock, flags & (O_CLOEXEC | O_NONBLOCK));
    if (retval < 0)
        goto out_release;

out:
    /* It may be already another descriptor 8) Not kernel problem. */
    return retval;

out_release:
    sock_release(sock);
    return retval;
}

可以看到，实际创建socket的函数是sock_create(),接下来就让我们好好研究一下这个函数。