linux内核中的文件描述符(二)--socket和文件描述符

http://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/8459730

Linux内核中的文件描述符(二)--socket和文件描述符

Kernel version：2.6.14

CPU architecture：ARM920T

Author：ce123(http://blog.csdn.NET/ce123)

socket和文件系统紧密相关，我们可以通过文件系统的open、read、write和close等操作socket。下面是一个简单的例子。

1. /****************************************************************************/
2. /*简介：TCPServer示例 */
3. /****************************************************************************/
4. #include <stdlib.h>
5. #include <stdio.h>
6. #include <errno.h>
7. #include <string.h>
8. #include <netdb.h>
9. #include <sys/types.h>
10. #include <netinet/in.h>
11. #include <sys/socket.h>
12. int main(int argc, char *argv[])
13. {
14. int sockfd,new_fd;
15. struct sockaddr_in server_addr;
16. struct sockaddr_in client_addr;
17. int sin_size,portnumber;
18. const char hello[]="Hello\n";
19. if(argc!=2)
20. {
21. fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
22. exit(1);
23. }
24. if((portnumber=atoi(argv[1]))<0)
25. {
26. fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
27. exit(1);
28. }
29. /* 服务器端开始建立socket描述符 */
30. if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
31. {
32. fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
33. exit(1);
34. }
35. /* 服务器端填充 sockaddr结构 */
36. bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
37. server_addr.sin_family=AF_INET;
38. server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
39. server_addr.sin_port=htons(portnumber);
40. /* 捆绑sockfd描述符 */
41. if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==
42. -1)
43. {
44. fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
45. exit(1);
46. }
47. /* 监听sockfd描述符 */
48. if(listen(sockfd,5)==-1)
49. {
50. fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
51. exit(1);
52. }
53. while(1)
54. {
55. /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
56. sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
57. if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1)
58. {
59. fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
60. exit(1);
61. }
62. fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",
63. inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
64. if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)
65. {
66. fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
67. exit(1);
68. }
69. /* 这个通讯已经结束 */
70. close(new_fd);
71. /* 循环下一个 */
72. }
73. close(sockfd);
74. exit(0);
75. }

下图说明了socket和fd是怎样联系起来的。

下面通过来具体分析一下。sys_socket是socket相关函数的总入口。

1. net/socket.c
2. /*
3. *  System call vectors.
4. *
5. *  Argument checking cleaned up. Saved 20% in size.
6. *  This function doesn't need to set the kernel lock because
7. *  it is set by the callees.
8. */
9. asmlinkage long sys_socketcall(int call, unsigned long __user *args)
10. {
11. unsigned long a[6];
12. unsigned long a0,a1;
13. int err;
14. if(call<1||call>SYS_RECVMSG)
15. return -EINVAL;
16. /* copy_from_user should be SMP safe. */
17. if (copy_from_user(a, args, nargs[call]))
18. return -EFAULT;
19. err = audit_socketcall(nargs[call]/sizeof(unsigned long), a);
20. if (err)
21. return err;
22. a0=a[0];
23. a1=a[1];
24. switch(call)
25. {
26. case SYS_SOCKET:
27. err = sys_socket(a0,a1,a[2]);
28. break;
29. case SYS_BIND:
30. err = sys_bind(a0,(struct sockaddr __user *)a1, a[2]);
31. break;
32. case SYS_CONNECT:
33. err = sys_connect(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]);
34. break;
35. case SYS_LISTEN:
36. err = sys_listen(a0,a1);
37. break;
38. case SYS_ACCEPT:
39. err = sys_accept(a0,(struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2]);
40. break;
41. case SYS_GETSOCKNAME:
42. err = sys_getsockname(a0,(struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2]);
43. break;
44. case SYS_GETPEERNAME:
45. err = sys_getpeername(a0, (struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2]);
46. break;
47. case SYS_SOCKETPAIR:
48. err = sys_socketpair(a0,a1, a[2], (int __user *)a[3]);
49. break;
50. case SYS_SEND:
51. err = sys_send(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3]);
52. break;
53. case SYS_SENDTO:
54. err = sys_sendto(a0,(void __user *)a1, a[2], a[3],
55. (struct sockaddr __user *)a[4], a[5]);
56. break;
57. case SYS_RECV:
58. err = sys_recv(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3]);
59. break;
60. case SYS_RECVFROM:
61. err = sys_recvfrom(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3],
62. (struct sockaddr __user *)a[4], (int __user *)a[5]);
63. break;
64. case SYS_SHUTDOWN:
65. err = sys_shutdown(a0,a1);
66. break;
67. case SYS_SETSOCKOPT:
68. err = sys_setsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3], a[4]);
69. break;
70. case SYS_GETSOCKOPT:
71. err = sys_getsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3], (int __user *)a[4]);
72. break;
73. case SYS_SENDMSG:
74. err = sys_sendmsg(a0, (struct msghdr __user *) a1, a[2]);
75. break;
76. case SYS_RECVMSG:
77. err = sys_recvmsg(a0, (struct msghdr __user *) a1, a[2]);
78. break;
79. default:
80. err = -EINVAL;
81. break;
82. }
83. return err;
84. }   /* It may be already another descriptor 8) Not kernel problem. */
85. return retval;
86. out_release:
87. sock_release(sock);
88. return retval;
89. }

当应用程序使用socket()创建一个socket时，会执行sys_socket，其定义如下

1. asmlinkage long sys_socket(int family, int type, int protocol)
2. {
3. int retval;
4. struct socket *sock;
5. retval = sock_create(family, type, protocol, &sock);//创建socket
6. if (retval < 0)
7. goto out;
8. retval = sock_map_fd(sock);//分配一个未使用的文件描述符fd，并将socket和fd建立联系
9. if (retval < 0)
10. goto out_release;
11. out:
12. /* It may be already another descriptor 8) Not kernel problem. */
13. return retval;
14. out_release:
15. sock_release(sock);
16. return retval;
17. }

结构体socket的定义如下(include\linux\net.h)：

1. struct socket {
2. socket_state        state;
3. unsigned long       flags;
4. struct proto_ops    *ops;
5. struct fasync_struct    *fasync_list;
6. struct file     *file;//通过这个和文件描述符建立联系
7. struct sock     *sk;
8. wait_queue_head_t   wait;
9. short           type;
10. };

下面我们再来看看sock_map_fd函数

1. int sock_map_fd(struct socket *sock)
2. {
3. int fd;
4. struct qstr this;
5. char name[32];
6. /*
7. *  Find a file descriptor suitable for return to the user.
8. */
9. fd = get_unused_fd();//分配一个未使用的fd
10. if (fd >= 0) {
11. struct file *file = get_empty_filp();
12. if (!file) {
13. put_unused_fd(fd);
14. fd = -ENFILE;
15. goto out;
16. }
17. this.len = sprintf(name, "[%lu]", SOCK_INODE(sock)->i_ino);
18. this.name = name;
19. this.hash = SOCK_INODE(sock)->i_ino;
20. file->f_dentry = d_alloc(sock_mnt->mnt_sb->s_root, &this);
21. if (!file->f_dentry) {
22. put_filp(file);
23. put_unused_fd(fd);
24. fd = -ENOMEM;
25. goto out;
26. }
27. file->f_dentry->d_op = &sockfs_dentry_operations;
28. d_add(file->f_dentry, SOCK_INODE(sock));
29. file->f_vfsmnt = mntget(sock_mnt);
30. file->f_mapping = file->f_dentry->d_inode->i_mapping;
31. sock->file = file;//建立联系
32. file->f_op = SOCK_INODE(sock)->i_fop = &socket_file_ops;//socket操作函数，当使用文件系统的IO函数时，其实使用的是socket的IO函数
33. file->f_mode = FMODE_READ | FMODE_WRITE;
34. file->f_flags = O_RDWR;
35. file->f_pos = 0;
36. file->private_data = sock;
37. fd_install(fd, file);
38. }
39. out:
40. return fd;
41. }
42. static struct file_operations socket_file_ops = {
43. .owner =    THIS_MODULE,
44. .llseek =   no_llseek,
45. .aio_read = sock_aio_read,
46. .aio_write =    sock_aio_write,
47. .poll =     sock_poll,
48. .unlocked_ioctl = sock_ioctl,
49. .mmap =     sock_mmap,
50. .open =     sock_no_open,   /* special open code to disallow open via /proc */
51. .release =  sock_close,
52. .fasync =   sock_fasync,
53. .readv =    sock_readv,
54. .writev =   sock_writev,
55. .sendpage = sock_sendpage
56. };