socket网络编程代码分析

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BSD 套接口层通过INET的proto_ops数据结构来调用与INET 层有关的套接口子程序来实现有关INET层的服务。..........

BSD 套接口层通过INET的proto_ops数据结构来调用与INET 层有关的套接口子程序来实现有关INET层的服务。

IP Protocols： ICMP，UDP，TCP，IGMP也就是说现在数组inet_protos[]里面有了ICMP，UDP，TCP，IGMP四个协议的inet_protocol数据结构，数据结构包含了它们接收数据的处理函数。

Linux 2.4.16在linux/include/linux/socket.h里定义了32种支持的BSDsocket协议，常见的有TCP/IP,IPX/SPX,X.25等，而每种协议还提供不同的服务，例如TCP/IP协议通过TCP协议支持连接服务，而通过UDP协议支持无连接服务，面对这么多的协议，向用户提供统一的接口是必要的，这种统一是通过socket来进行的。

在BSD socket网络编程的模式下，利用一系列的统一的函数来利用通信的服务。例如一个典型的利用TCP协议通信程序是这样：

sock_descriptor = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

connect(sock_descriptor, 地址，) ；

send(sock_descriptor,”hello world”);

recv(sock_descriptor,buffer,1024,0);

第一个函数指定了协议Inet协议，即TCP/IP协议，同时是利用面向连接的服务，这样就对应到TCP协议，以后的操作就是利用socket的标准函数进行的。
　　从上面我们可以看到两个问题，首先socket层需要根据用户指定的协议族(上面是AF_INET) 从下面32种协议中选择一种协议来完成用户的要求，当协议族确定以后，还要把特定的服务映射到协议族下的具体协议，例如当用户指定的是面向连接的服务时，Inet协议族会映射到TCP协议，让TCP协议进行相关处理。

协议的映射

从多个协议中选择用户指定的协议，并把具体的出理交给选中的协议，这和一起网络核心层向上和向下衔接的问题本质上是一样的，所以解决的方法也是一样的，同样还是通过数组。在Linux/net/socket.c定义了这个数组staticstruct net_proto_family*net_families[NPROTO]。数组的元素已经确定了，net_families[2]是TCP/IP协议，net_families[3]是X.25协议，具体那一项对应什么协议在include/linux/socket.h有定义。但是每一项的数据结构net_proto_family的ops是空的，也就是具体协议处理函数的地址是不知道的。协议的处理函数和ops建立联系是通过sock_register()(Linux/net/socket.c)这个函数建立的，例如TCP/IP协议的是这样建立关系的：

int __init inet_init(void) (net/ipv4/af_inet.c)

{

 (void) sock_register(&inet_family_ops);

}

这样只要给出AF_INET(在宏里定义是2)，就可以找到net_families[2] 里面的处理函数了。

服务的映射

上层不知道下层的什么协议能对应特定的服务，所以这种映射自然由协议族自己完成。在TCP/IP协议族里，这种映射是通过struct list_head inetsw[SOCK_MAX] (net/ipv4/af_inet.c)这个数组进行映射的，在谈论这个数组之前我们来看另外一个数组inetsw_array[](net/ipv4/af_inet.c)

static struct inet_protosw inetsw_array[] =
　　{
　　{
　　type: SOCK_STREAM,
　　protocol: IPPROTO_TCP,
　　prot: &tcp_prot,
　　ops: &inet_stream_ops,
　　capability: -1,
　　no_check: 0,
　　flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
　　},
　　{
　　type: SOCK_DGRAM,
　　protocol: IPPROTO_UDP,
　　prot: &udp_prot,
　　ops: &inet_dgram_ops,
　　capability: -1,
　　no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
　　flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
　　},
　　{
　　type: SOCK_RAW,
　　protocol: IPPROTO_IP, /* wild card */
　　prot: &raw_prot,
　　ops: &inet_dgram_ops,
　　capability: CAP_NET_RAW,
　　no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
　　flags: INET_PROTOSW_REUSE,
　　}
　　};
　　我们看到，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW分别映射到了TCP协议、 UDP协议、IP协议。现在只要把inetsw_array里的三项添加到数组inetsw[SOCK_MAX]就可以了，添加是通过函数inet_register_protosw()实现的。在inet_init()(net/ipv4/af_inet.c) 里完成了这些工作。
　　那么socket其它诸如accept,send(), connect(),release(),bind()等的操作函数到底是怎么映射的呢？我们来看一下上面的数组的TCP的项
　　{
　　type: SOCK_STREAM,
　　protocol: IPPROTO_TCP,
　　prot: &tcp_prot,
　　ops: &inet_stream_ops,
　　capability: -1,
　　no_check: 0,
　　flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
　　},
　　我们看到这种映射是通过ops，和prot来映射的，我们再来看看 tcp_prot这一项：

　　struct proto tcp_prot = {
　　name: "TCP",
　　close: tcp_close,
　　connect: tcp_v4_connect,
　　disconnect: tcp_disconnect,
　　accept: tcp_accept,
　　ioctl: tcp_ioctl,
　　init: tcp_v4_init_sock,
　　destroy: tcp_v4_destroy_sock,
　　shutdown: tcp_shutdown,
　　setsockopt: tcp_setsockopt,
　　getsockopt: tcp_getsockopt,
　　sendmsg: tcp_sendmsg,
　　recvmsg: tcp_recvmsg,
　　backlog_rcv: tcp_v4_do_rcv,
　　hash: tcp_v4_hash,
　　unhash: tcp_unhash,
　　get_port: tcp_v4_get_port,
　　};
　　所以的映射都已经完成了，用户调用connect()函数，其实就是调用了tcp_v4_connect()函数，按照这幅图，读起源码来就简单了很多了。

现在讲讲socket 层和用户的衔接。

系统调用socket(),bind(),connect(),accept,send(),release()等是在Linux/net/socket.c里面的实现的,系统调用实现的函数是相应的函数名加上sys_的前缀。

socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)调用sys_socket(),sys_socket()接着调用socket_creat(), socket_creat()根据用户提供的协议族参数在net_families[]里寻找合适的协议族，如果协议族没有被安装就要请求安装该协议族的模块，然后就调用该协议族的create()函数的处理句柄。根据参数AF_INET，inet_creat()就被调用了，在inet_creat()根据服务类型在inetsw[SOCK_MAX]选择合适的协议，并把协议的操作集赋给socket就是了，根据SOCK_STREAM，TCP协议被选中，
　　inet_creat(){
　　answer=inetsw [用户要求服务服务] ；
　　sock->ops = answer->ops;   

sk->prot = answer->prot              //zxt注：我查的linux2.6.14中有点出入。应该说是……answer_prot=answer->prot;……sk = sk_alloc(PF_INET, GFP_KERNEL, answer_prot, 1);……}

//后记：其实这些可以从http://blog.chinaunix.net/article.php?articleId=51388&blogId=6372 找到，不过当时我没仔细看这一块的代码。现在根据我分析linux2.6.14的相关代码部分提取出来而已。