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分类: LINUX

2013-01-18 19:30:13

  用户使用socket系统调用编写应用程序时,通过一个数字来表示一个socket,所有的操作都在该数字上进行,这个数字称为套接字描述符。在系统调用 的实现函数里,这个数字就会被映射成一个表示socket的结构体,该结构体保存了该socket的所有属性和数据。在内核的协议中实现中,关于表示 socket的结构体,是一个比较复杂的东西,下面一一介绍。
    struct socket。
    这是一个基本的BSD socket,我们调用socket系统调用创建的各种不同类型的socket,开始创建的都是它,到后面,各种不同类型的socket在它的基础上进行 各种扩展。struct socket是在虚拟文件系统上被创建出来的,可以把它看成一个文件,是可以被安全地扩展的。下面是其完整定义:
    struct socket {
        socket_state            state;
        unsigned long           flags;
        const struct proto_ops  *ops;
        struct fasync_struct    *fasync_list;
        struct file             *file;
        struct sock             *sk;
        wait_queue_head_t       wait;
        short                   type;
    };
    state用于表示socket所处的状态,是一个枚举变量,其类型定义如下:
    typedef enum {
        SS_FREE = 0,            //该socket还未分配
        SS_UNCONNECTED,         //未连向任何socket
        SS_CONNECTING,          //正在连接过程中
        SS_CONNECTED,           //已连向一个socket
        SS_DISCONNECTING        //正在断开连接的过程中
    }socket_state;
    该成员只对TCP socket有用,因为只有tcp是面向连接的协议,udp跟raw不需要维护socket状态。
    flags是一组标志位,在内核中并没有发现被使用。
    ops是协议相关的一组操作集,结构体struct proto_ops的定义如下:
    struct proto_ops {
        int     family;
        struct module   *owner;
        int (*release)(struct socket *sock);
        int (*bind)(struct socket *sock, struct sockaddr *myaddr, int sockaddr_len);
        int (*connect)(struct socket *sock, struct sockaddr *vaddr, int sockaddr_len, int flags);
        int (*socketpair)(struct socket *sock1, struct socket *sock2);
        int (*accept)(struct socket *sock,struct socket *newsock, int flags);
        int (*getname)(struct socket *sock, struct sockaddr *addr,int *sockaddr_len, int peer);
        unsigned int (*poll)(struct file *file, struct socket *sock,
                        struct poll_table_struct *wait);
        int (*ioctl)(struct socket *sock, unsigned int cmd, unsigned long arg);
        int (*listen)(struct socket *sock, int len);
        int (*shutdown)(struct socket *sock, int flags);
        int (*setsockopt)(struct socket *sock, int level,
                        int optname, char __user *optval, int optlen);
        int (*getsockopt)(struct socket *sock, int level,
                        int optname, char __user *optval, int __user *optlen);
        int (*sendmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
                        struct msghdr *m, size_t total_len);
        int (*recvmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
                        struct msghdr *m, size_t total_len, int flags);
        int (*mmap)(struct file *file, struct socket *sock,struct vm_area_struct * vma);
        ssize_t (*sendpage)(struct socket *sock, struct page *page,
                        int offset, size_t size, int flags);
    };
    协议栈中总共定义了三个strcut proto_ops类型的变量,分别是myinet_stream_ops, myinet_dgram_ops, myinet_sockraw_ops,对应流协议, 数据报和原始套接口协议的操作函数集。
    type是socket的类型,对应的取值如下:
    enum sock_type {
        SOCK_DGRAM  = 1,
        SOCK_STREAM = 2,
        SOCK_RAW    = 3,
        SOCK_RDM    = 4,
        SOCK_SEQPACKET  = 5,
        SOCK_DCCP   = 6,
        SOCK_PACKET = 10,
    };
    sk是网络层对于socket的表示,结构体struct sock比较庞大,这里不详细列出,只介绍一些重要的成员,
    sk_prot和sk_prot_creator,这两个成员指向特定的协议处理函数集,其类型是结构体struct proto,该结构体也是跟struct proto_ops相似的一组协议操作函数集。这两者之间的概念似乎有些混淆,可以这么理解,struct proto_ops的成员操作struct socket层次上的数据,处理完了,再由它们调用成员sk->sk_prot的函数,操作struct sock层次上的数据。即它们之间存在着层次上的差异。struct proto类型的变量在协议栈中总共也有三个,分别是mytcp_prot,myudp_prot,myraw_prot,对应TCP, UDP和RAW协议。
    sk_state表示socket当前的连接状态,是一个比struct socket的state更为精细的状态,其可能的取值如下:    enum {
        TCP_ESTABLISHED = 1,
        TCP_SYN_SENT,
        TCP_SYN_RECV,
        TCP_FIN_WAIT1,
        TCP_FIN_WAIT2,
        TCP_TIME_WAIT,
        TCP_CLOSE,
        TCP_CLOSE_WAIT,
        TCP_LAST_ACK,
        TCP_LISTEN,
        TCP_CLOSING,

        TCP_MAX_STATES
    };
    这些取值从名字上看,似乎只使用于TCP协议,但事实上,UDP和RAW也借用了其中一些值,在一个socket创建之初,其取值都是 TCP_CLOSE,一个UDP socket connect完成后,将这个值改为TCP_ESTABLISHED,最后,关闭sockt前置回TCP_CLOSE,RAW也一样。
    sk_rcvbuf和sk_sndbuf分别表示接收和发送缓冲区的大小。sk_receive_queue和sk_write_queue分别为接收缓 冲队列和发送缓冲队列,队列里排列的是套接字缓冲区struct sk_buff,队列中的struct sk_buff的字节数总和不能超过缓冲区大小的设定。
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