44 | Socket内核数据结构

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• socket_create:创建一个 struct socket 结构，然后通过 sock_map_fd 和文件描述符对应起来。
  • 参数：
    • family：表示地址族。
    • type：也即 Socket 的类型。
    • protocol：是协议。

    分别是 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 和 SOCK_RAW。
    inetsw 数组是在系统初始化的时候初始化的，type 作为下标，里面的内容是 struct inet_protosw，是协议，也即 inetsw 数组对于每个类型有一项，这一项里面是属于这个类型的协议。
    因为上述结构，我们可以通过 family》type》protocol 获取到对应到inet_protosw 最后得到不同的 ops并赋值给socket到ops TCP的就是 inet_stream_ops。

• bind 函数：sockfd_lookup_light 会根据 fd 文件描述符，找到 struct socket 结构。然后将 sockaddr 从用户态拷贝到内核态，然后调用 struct socket 结构里面 ops 的 bind 函数，即调用 inet_bind。bind 里面会调用 sk_prot 的 get_port 函数，也即 inet_csk_get_port 来检查端口是否冲突，是否可以绑定。如果允许，则会设置 struct inet_sock 的本方的地址 inet_saddr 和本方的端口 inet_sport，对方的地址 inet_daddr 和对方的端口 inet_dport 都初始化为 0。
• listen 函数：我们还是通过 sockfd_lookup_light，根据 fd 文件描述符，找到 struct socket 结构。接着，我们调用 struct socket 结构里面 ops 的 listen 函数也即调用 inet_listen。 这里面建立了一个新的结构 inet_connection_sock，客户端和服务端都是有一个结构维护连接的状态，就是指这个结构。

在内核中，为每个 Socket 维护两个队列。一个是已经建立了连接的队列，这时候连接三次握手已经完毕，处于 established 状态；一个是还没有完全建立连接的队列，这个时候三次握手还没完成，处于 syn_rcvd 的状态。服务端调用 accept 函数，其实是在第一个队列中拿出一个已经完成的连接进行处理。如果还没有完成就阻塞等待。这里的 icsk_accept_queue 就是第一个队列。

• accept 函数:原来的 socket 是监听 socket，这里我们会找到原来的 struct socket，并基于它去创建一个新的 newsock。这才是连接 socket。除此之外，我们还会创建一个新的 struct file 和 fd，并关联到 socket。

inet_csk_accept 的实现，印证了上面我们讲的两个队列的逻辑。如果 icsk_accept_queue 为空，则调用 inet_csk_wait_for_connect 进行等待；等待的时候，调用 schedule_timeout，让出 CPU，并且将进程状态设置为 TASK_INTERRUPTIBLE。如果再次 CPU 醒来，我们会接着判断 icsk_accept_queue 是否为空，同时也会调用 signal_pending 看有没有信号可以处理。一旦 icsk_accept_queue 不为空，就从 inet_csk_wait_for_connect 中返回，在队列中取出一个 struct sock 对象赋值给 newsk。

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• conect 函数：三次握手过程：
  • 通过 tcp_v4_connect函数，查询路由表，选择从那个网卡出去。然后将状态置为TCP_SYN_SEND,然后初始化TCP 的 seq num，也即 write_seq，然后调用 tcp_connect 进行发送SYN 包。
  • 服务端处理函数 tcp_rcv_state_process ，根据不同的状态回应请求，由于当前服务端在TCP_LISTEN状态，会调用 tcp_v4_send_synack，服务端将状态改为TCP_SYN_RECV并发送SYN_ACK保存。
  • 客户端到 tcp_rcv_state_process ，由于客户端处于 TCP_SYN_SEND，会调用 tcp_send_ack，然后将客户端状态改为TCP_ESTABLISHED，然后发送ACK-ACK包。
  • 服务端到tcp_rcv_state_process，由于服务端处于TCP_SYN_RECV状态，将状态转为TCP_ESTABLISHED，然后就可以将这个连接放到就绪队列然后接收请求。