socket fd 長(zhǎng)什么樣子？

什么是 socket fd ？粗糙的來講，就是網(wǎng)絡(luò) fd，比如我們最常見的 C/S 客戶端服務(wù)端的編程模式，就是網(wǎng)絡(luò)通信的一種方式。撇開底層和協(xié)議細(xì)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)通信和文件讀寫從接口上有本質(zhì)區(qū)別嗎？

其實(shí)沒啥區(qū)別，不就是讀過來和寫過去嘛，簡(jiǎn)稱 IO 。

我們先看一下 socket fd 是什么樣子的？隨便找了個(gè)進(jìn)程

root@ubuntu：~# ll /proc/1583/fd

total 0

lrwx------ 1 root root 64 Jul 19 12:37 7 -》 socket：［18892］

lrwx------ 1 root root 64 Jul 19 12:37 8 -》 socket：［18893］

這里我們看到 fd 7、8 都是一個(gè) socket fd，名字：socket：［18892］

整數(shù)句柄后面一般會(huì)跟一些信息，用于幫助我們了解這個(gè) fd 是什么。舉個(gè)例子，如果是文件 fd，那么箭頭后面一般是路徑名稱。現(xiàn)在拆解一下這個(gè)名字：

socket ：標(biāo)識(shí)這是一個(gè) socket 類型的 fd

［18892］ ：這個(gè)是一個(gè) inode 號(hào)，能夠唯一標(biāo)識(shí)本機(jī)的一條網(wǎng)絡(luò)連接；

思考下，這個(gè) inode 號(hào)，還能再哪里能看到呢？

在 proc 的 net 目錄下，因?yàn)槲疫@個(gè)是一個(gè)走 tcp 的服務(wù)端，所以我們看一下 /proc/net/tcp 文件。這個(gè)文件里面能看到所有的 tcp 連接的信息。

root@ubuntu：~# grep -i “18892” /proc/net/tcp

18： 00000000:1F93 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000 0 0 18892 1 ffff880197fba580 100 0 0 10 0

root@ubuntu：~# grep -i “18893” /proc/net/tcp

28： 00000000:1F7C 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000 0 0 18893 1 ffff880197fbad00 100 0 0 10 0

知識(shí)點(diǎn)又來了，/proc/net/tcp 這個(gè)文件記錄了 tcp 連接的信息，這份信息是非常有用的。包含了 TCP 連接的地址（16進(jìn)制顯示），inode 的信息，連接的狀態(tài)等等。

socket fd 是什么？

環(huán)境聲明：

Linux 內(nèi)核版本 4.19

為了方便，如果沒特意說明協(xié)議，默認(rèn) TCP 協(xié)議；

socket 可能你還沒反應(yīng)過來，中文名：套接字 是不是更熟悉點(diǎn)。Linux 網(wǎng)絡(luò)編程甚至可以叫做套接字編程。

有些概念你必須捋一捋 。我們思考幾個(gè)小問題：

socket 跟 tcp/ip 有什么區(qū)別？

就不該把這兩個(gè)東西放在一起比較討論，就不是一個(gè)東西。tcp/ip 是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，socket 是操作系統(tǒng)為了方便網(wǎng)絡(luò)編程而設(shè)計(jì)出來的編程接口而已。

理論基礎(chǔ)是各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，協(xié)議棧呀，啥的。但是如果你要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，落到實(shí)處，對(duì)程序猿來講就是 socket 編程。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的操作，由 socket 體現(xiàn)為 open -》 read/write -》close 這樣的編程模式，這個(gè)統(tǒng)一到文件的一種形式。

socket 的 open 就是 socket（int domain， int type， int protocol） ，和文件一樣，都是獲取一個(gè)句柄。

網(wǎng)絡(luò)抽象層次

網(wǎng)絡(luò)模型一般會(huì)對(duì)應(yīng)到兩種：

完美理論的 OSI 七層模型；

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的 5 層模型；

對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖（取自 Unix 套接字編程）

不同層次做不同的事情，不斷的封裝，不斷的站在巨人的肩膀上，你將能做的更多。

今天，奇伢剖析的只聚焦在套接字這一層，這是程序猿摸得到的一層，位于所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上的一層封裝，網(wǎng)絡(luò)編程又叫套接字編程，這并不是空穴來風(fēng)。

套接字，是內(nèi)核對(duì)賊復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的 API 封裝，使得程序猿能夠用極簡(jiǎn)的姿勢(shì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。比如寫一個(gè)基于 Tcp 的 C/S 的網(wǎng)絡(luò)程序，需要用到啥？我們大概暢想下：

客戶端和服務(wù)端都用 socket 調(diào)用創(chuàng)建套接字；

服務(wù)端用 bind 綁定監(jiān)聽地址，用 listen 把套接字轉(zhuǎn)化為監(jiān)聽套接字，用 accept 撈取一個(gè)客戶端來的連接；

客戶端用 connect 進(jìn)行建連，用 write/read 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) IO；

程序猿用著好簡(jiǎn)單！因?yàn)閮?nèi)核把事扛了。

socket fd 的類型

上面我們提到了套接字，這是我們網(wǎng)絡(luò)編程的主體，套接字由 socket（） 系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建，但你可知套接字其實(shí)可分為兩種類型，監(jiān)聽套接字和普通套接字。而監(jiān)聽套接字是由 listen（） 把 socket fd 轉(zhuǎn)化而成。

1 監(jiān)聽套接字

對(duì)于監(jiān)聽套接字，不走數(shù)據(jù)流，只管理連接的建立。accept 將從全連接隊(duì)列獲取一個(gè)創(chuàng)建好的 socket（ 3 次握手完成），對(duì)于監(jiān)聽套接字的可讀事件就是全連接隊(duì)列非空。對(duì)于監(jiān)聽套接字，我們只在乎可讀事件。

2 普通套接字

普通套接字就是走數(shù)據(jù)流的，也就是網(wǎng)絡(luò) IO，針對(duì)普通套接字我們關(guān)注可讀可寫事件。在說 socket 的可讀可寫事件之前，我們先捋順套接字的讀寫大概是什么樣子吧。

套接字層是內(nèi)核提供給程序員用來網(wǎng)絡(luò)編程的，程序猿讀寫都是針對(duì)套接字而言，那么 write（ socketfd， /* 參數(shù) */） 和 read（ socketfd， /* 參數(shù) */） 都會(huì)發(fā)生什么呢？

write 數(shù)據(jù)到 socketfd，大部分情況下，數(shù)據(jù)寫到 socket 的內(nèi)存 buffer，就結(jié)束了，并沒有發(fā)送到對(duì)端網(wǎng)絡(luò)（異步發(fā)送）；

read socketfd 的數(shù)據(jù)，也只是從 socket 的 內(nèi)存 buffer 里讀數(shù)據(jù)而已，而不是從網(wǎng)卡讀（雖然數(shù)據(jù)是從網(wǎng)卡一層層遞上來的）；

也就是說，程序猿而言，是跟 socket 打交道，內(nèi)核屏蔽了底層的細(xì)節(jié)。

那說回來 socket 的可讀可寫事件就很容易理解了。

socketfd 可讀：其實(shí)就是 socket buffer 內(nèi)有數(shù)據(jù)（超過閾值 SO_RCLOWAT ）；

socketfd 可寫：就是 socket buffer 還有空間讓你寫（閾值 SO_SNDLOWAT ）；

sockfs 文件系統(tǒng)

socket fd 為什么能具備“文件”的語義，從而和 eventfd，ext2 fd 這樣的句柄一樣，統(tǒng)一提供對(duì)外 io 的樣子？

核心就是：sockfs ，這也是個(gè)文件系統(tǒng)，只不過普通用戶看不見，這是只由內(nèi)核管理的文件系統(tǒng)，位于 vfs 之下，為了封裝 socket 對(duì)上的文件語義。

// net/socket.c

static int __init sock_init（void）

{

// 注冊(cè) sockfs 文件系統(tǒng)

err = register_filesystem（&sock_fs_type）;

// 內(nèi)核掛載

sock_mnt = kern_mount（&sock_fs_type）;

}

其中最關(guān)鍵的是 sock_mnt 這個(gè)全局變量里面的超級(jí)塊的操作表 sockfs_ops 。

// net/socket.c

static const struct super_operations sockfs_ops = {

.alloc_inode = sock_alloc_inode，

.destroy_inode = sock_destroy_inode，

.statfs = simple_statfs，

};

這個(gè)是每個(gè)文件系統(tǒng)的核心函數(shù)表，如上指明了 inode 的分配規(guī)則（這里又將體現(xiàn)依次結(jié)構(gòu)體內(nèi)嵌組合+類型強(qiáng)轉(zhuǎn)的應(yīng)用）。

讀者朋友還記得 inode 和 ext4_inode_info 的關(guān)系嗎？在 Linux fd 究竟是什么？一文中有提到這個(gè)：

inode 是 vfs 抽象的適配所有文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體，但分配其實(shí)是有下層具體文件系統(tǒng)分配出來的，以 ext4 文件系統(tǒng)來說，使用 ext4_alloc_inode 函數(shù)分配出 ext4_inode_info 這個(gè)大結(jié)構(gòu)體，然后返回的是 inode 的地址而已。

劃重點(diǎn)：struct inode 內(nèi)嵌于具體文件系統(tǒng)的 “inode” 里，vfs 層使用的是 inode，ext4 層使用的是 ext4_inode_info ，不同層次通過地址的強(qiáng)制轉(zhuǎn)化類型來切換結(jié)構(gòu)體。

那么類似，sockfs 也是如此，sockfs 作為文件系統(tǒng)，也有自己特色的 “inode”，這個(gè)類型就是 struct socket_alloc ，如下：

struct socket_alloc {

struct socket socket;

struct inode vfs_inode;

};

這個(gè)結(jié)構(gòu)體關(guān)聯(lián) socket 和 inode 兩個(gè)角色，是“文件”抽象的核心之一。分配 struct socket 結(jié)構(gòu)體其實(shí)是分配了 struct socket_alloc 結(jié)構(gòu)體，然后返回了 socket_alloc-》socket 字段的地址而已。

劃重點(diǎn)：vfs 層用的時(shí)候給 inode 字段的地址，socket 層的時(shí)候給 socket 字段的地址。不同抽象層面對(duì)于同一個(gè)內(nèi)存塊的理解不同，強(qiáng)制轉(zhuǎn)化類型，然后各自使用

從文件的角度來看 socket，模塊如下：

回調(diào)喚醒的通用做法？

先鋪墊一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)：內(nèi)核里面有回調(diào)喚醒的實(shí)現(xiàn)，里面有用到一種 wait queue 的做法，其實(shí)很簡(jiǎn)單的原理。

大白話原理：你要走可以，把聯(lián)系方式留下，我搞好之后通知你（調(diào)用你留下的函數(shù)，傳入你留下的參數(shù)）。

拿 socket 來說，struct sock 里面就有個(gè)字段 sk_wq ，這是個(gè)表頭，就是用來掛接等待對(duì)象的。

誰會(huì)掛？

就以 epoll 池來說，epoll_ctl 注冊(cè) socket fd 的時(shí)候，就會(huì)掛一個(gè) wait 對(duì)象到 sk-》sk_wq 里?；卣{(diào)參數(shù)為 ep_poll_callback ，參數(shù)為 epitem 。

這樣 epoll 給 socket 留下聯(lián)系方式了（ wait 對(duì)象 ），socket 有啥事就可以隨時(shí)通知到 epoll 池了。

能有什么事？

socket 可讀可寫了唄。sk buffer 里面有數(shù)據(jù)可以讀，或者有空間可以寫了唄。對(duì)于監(jiān)聽類型的 socket，有新的連接了唄。epoll 監(jiān)聽的不就是這個(gè)嘛。

socket 編程 ？

服務(wù)端：

socket（ ） 創(chuàng)建出 socketfd；

bind（ ） 綁定一個(gè)端口（和客戶端約定好的知名端口號(hào)）；

listen（ ） 講套接字轉(zhuǎn)化成監(jiān)聽套接字；

accept（ ） 等待客戶端的建連請(qǐng)求；

建連之后 read/write 處理數(shù)據(jù)即可（一般和監(jiān)聽線程并發(fā)）；

客戶端：

socket（ ） 創(chuàng)建出 socketfd；

connect（ ） 向指定機(jī)器、端口發(fā)起建連請(qǐng)求；

建連之后，read/write 處理數(shù)據(jù)；

下面就幾個(gè)關(guān)鍵函數(shù)做個(gè)簡(jiǎn)要實(shí)現(xiàn)。

1 socket 函數(shù)

定義原型：

#include《sys/socket.h》

int socket（int family， int type， int protocol）

簡(jiǎn)要跟蹤下內(nèi)部實(shí)現(xiàn)：

socket 系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)了 __sys_socket 這個(gè)函數(shù)。這個(gè)函數(shù)主要做兩件事情：

第一件事：調(diào)用 socket_create 函數(shù)創(chuàng)建好 socket 相關(guān)的結(jié)構(gòu)體，主要是 struct socket ，還有與之關(guān)聯(lián)的 socket sock 結(jié)構(gòu)，再往下就是具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體（旁白：這里實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)過于復(fù)雜，不在文章主干，故略去 10 萬字）；

第二件事：調(diào)用 sock_map_fd 函數(shù)創(chuàng)建好 struct file 這個(gè)結(jié)構(gòu)體，并與第一步創(chuàng)建出的 struct socket 關(guān)聯(lián)起來；

涉及的一些函數(shù)調(diào)用：

__sys_socket

// 創(chuàng)建 struct socket 結(jié)構(gòu)體

-》 sock_create

// 創(chuàng)建 struct socket 結(jié)構(gòu)，并且關(guān)聯(lián)特殊 inode

-》 sock_alloc

// pf 是根據(jù) family 從 net_families 這個(gè)全局表中取出的操作函數(shù)表，用來創(chuàng)建具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)的;

// 比如 IPv4 對(duì)應(yīng)的 family 就是 AF_INET ，對(duì)應(yīng)的函數(shù)是 inet_create

// 在這里面會(huì)賦值 sock-》ops 為對(duì)應(yīng)協(xié)議族的操作函數(shù)表（比如 inet_stream_ops）

-》 pf-》create

// struct sock 結(jié)構(gòu)體的創(chuàng)建（sk-》sk_prot 的賦值就在這里，比如 tcp_prot ）

-》 sk_alloc

// struct sock 結(jié)構(gòu)體的初始化（比如 sk_receive_queue， sk_write_queue， sk_error_queue 就是在這里初始化的）

// 可讀寫的關(guān)鍵函數(shù) sock_def_readable，sock_def_write_space 也是在這里賦值的

-》 sock_init_data

// 創(chuàng)建 struct file 結(jié)構(gòu)體，并且關(guān)聯(lián) struct socket

-》 sock_map_fd

先說 socket 函數(shù)：：

socket（ ） 函數(shù)只負(fù)責(zé)創(chuàng)建出適配具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的資源（內(nèi)存、結(jié)構(gòu)體、隊(duì)列等），并沒有和具體地址綁定；

socket（ ） 返回的是非負(fù)整數(shù)的 fd，與 struct file 對(duì)應(yīng)，而 struct file 則與具體的 struct socket 關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)一切皆文件的封裝的一部分（另一部分 inode 的創(chuàng)建處理在 sock_alloc 的函數(shù)里體現(xiàn)）；

再簡(jiǎn)要說下內(nèi)部細(xì)節(jié)：

sock_create 函數(shù)里，會(huì)根據(jù)協(xié)議族查找對(duì)應(yīng)的操作表，以 AF_INET 協(xié)議族舉例，pf-》create 是 inet_create ，主要做兩件事：

把 sock-》ops 按照協(xié)議類型賦值成具體的函數(shù)操作表，比如 tcp 的就是 inet_stream_ops ；

創(chuàng)建了 struct sock 對(duì)象，并且把 struct sock 初始化，并和 struct socket 進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

著重提一點(diǎn)，sock_init_data 函數(shù)（ net/core/sock.c ）主要是初始化 struct sock 結(jié)構(gòu)體的，提兩點(diǎn)最關(guān)鍵的：

第一點(diǎn)：接收隊(duì)列和發(fā)送隊(duì)列在這里初始化；

sk_receive_queue：套接字接收到的數(shù)據(jù)（sk_buff 里面是純粹的用戶數(shù)據(jù)哦，沒有 header 啥信息）；

sk_write_queue：套接字要發(fā)送的數(shù)據(jù)；

sk_error_queue：掛接一些 pengding 的 error 信息；

第二點(diǎn)：socket 的喚醒回調(diào)在這個(gè)地方設(shè)置；

sk-》sk_data_ready = sock_def_readable;

sk-》sk_write_space = sock_def_write_space;

為什么這里很重要，因?yàn)檫@個(gè)跟 socket fd 可讀可寫的判斷邏輯，數(shù)據(jù)到了之后的喚醒路徑息息相關(guān)。簡(jiǎn)述下回調(diào)鏈路（以套接字層為主干，其他的流程簡(jiǎn)略描述）：

sk-》sk_data_ready（數(shù)據(jù)到了，該通知留下過聯(lián)系方式的人了）

tcp_v4_rcv（具體協(xié)議棧處理函數(shù)）

軟中斷

硬中斷

再說下結(jié)構(gòu)體：

繼續(xù)說 struct sock ，這個(gè)對(duì)象有意思了，這個(gè)也是以組合的方式往下兼容的，同一個(gè)地址強(qiáng)轉(zhuǎn)類型得到不同層面的結(jié)構(gòu)體。原理就在于：他們是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間，起始地址相同。

sock -》 inet_sock -》 inet_connection_sock-》 tcp_sock

示意圖：

小思考：struct socket 和 struct sock 是兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)體？

是的。這兩個(gè)是不同的結(jié)構(gòu)體。屬于套接字層的兩個(gè)維度的描述，一個(gè)面向上層，一個(gè)面向下層。

struct socket 在內(nèi)核的注釋為：

struct socket - general BSD socket

struct sock 在內(nèi)核的注釋為：

struct sock_common - minimal network layer representation of sockets

struct socket 是內(nèi)核抽象出的一個(gè)通用結(jié)構(gòu)體，主要作用是放置了一些跟 fs 相關(guān)的字段，而真正跟網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的字段結(jié)構(gòu)體是 struct sock 。它們內(nèi)部有相互的指針，可以獲取到對(duì)方的地址。

struct socket 這個(gè)字段出生的時(shí)候其實(shí)就和一個(gè) inode 結(jié)構(gòu)體伴生出來的，由 socketfs 的 sock_alloc_inode 函數(shù)分配。

struct sock 這個(gè)結(jié)構(gòu)體是 socket 套階字核心的結(jié)構(gòu)（注意，還有個(gè)結(jié)構(gòu)是 struct socket，這兩個(gè)是不同的結(jié)構(gòu)體哦）。這個(gè)是對(duì)底下具體協(xié)議做的一層抽象封裝，比如在分配 struct sock 的時(shí)候，如果是 tcp 協(xié)議，那么 sk-》sk_prot 會(huì)賦值為 tcp_prot ，udp 協(xié)議賦值的是 udp_prot ，之后的一系列協(xié)議解析和處理就是調(diào)用到對(duì)應(yīng)協(xié)議的回調(diào)函數(shù)。

小思考：socket fd 可以和文件一樣用 write（fd， /*xxxx*/ ） 這行的調(diào)用，為什么？

write（fd， /*xxxx*/） 進(jìn)到內(nèi)核首先是到 vfs 層，也就是調(diào)用到 vfs_write ，在這個(gè)里面首先獲取到 file 這個(gè)結(jié)構(gòu)體，然后調(diào)用下層注冊(cè)的回調(diào)，比如 file-》f_op-》write_iter ，file-》f_op-》write ，所以，關(guān)鍵在 file-》f_op 這個(gè)字段，對(duì)吧？

現(xiàn)在的問題是，這個(gè)字段是啥呢？

這個(gè)字段在 file 結(jié)構(gòu)體生成的時(shí)候，根據(jù)你的“文件”類型賦值的，這個(gè)在之前文件系統(tǒng)章節(jié)提過這個(gè)，比如 ext2 的文件，那么就是 ext2_file_operations ，socketfd 是 socket_file_ops。

vfs_write =》

-》 socket_file_ops （sockfs）

-》 ext2_file_operations （ext2）

-》 ext4_file_operations （ext4）

-》 eventfd_fops

可以看下 socket_file_ops 的定義：

static const struct file_operations socket_file_ops = {

.llseek = no_llseek，

.read_iter = sock_read_iter，

.write_iter = sock_write_iter，

.poll = sock_poll，

// 。..

}

所以，vfs_write 調(diào)用到的將是 sock_write_iter，而這個(gè)里面就是調(diào)用到 sock_sendmsg ，從而走到網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的處理流程。

// sock_sendmsg 實(shí)際調(diào)用；

static inline int sock_sendmsg_nosec（struct socket *sock， struct msghdr *msg）

{

int ret = sock-》ops-》sendmsg（sock， msg， msg_data_left（msg））;

return ret;

}

還記得上面在 socket 初始化的時(shí)候 socket-》ops 和 sock-》sk_prot 兩個(gè)回調(diào)函數(shù)操作表的賦值嗎（ tcp ）：

socket-》ops =》 inet_stream_ops

sock-》sk_prot =》 tcp_prot

這樣從 vfs 進(jìn)來，轉(zhuǎn)接到具體的協(xié)議處理模塊去了。

2 bind 函數(shù)

對(duì)應(yīng)內(nèi)核 __sys_bind 函數(shù)，做的事情很簡(jiǎn)單：

先通過 fd 找到對(duì)應(yīng)的 struct socket 結(jié)構(gòu)體；

然后把 address 和 socket 綁定對(duì)應(yīng)起來（調(diào)用 sock-》ops-》bind 函數(shù)）；

tcp 連接的對(duì)應(yīng)的 bind 函數(shù)是 inet_bind，里面做的事情很簡(jiǎn)單，就是簡(jiǎn)單的查一下端口有沒有被占用，沒有被占用的話端口就賦值給 inet_sock-》inet_sport 這個(gè)字段。

inet_sock 則是由 sk 強(qiáng)轉(zhuǎn)類型得到。

思考個(gè)小問題：在上面的圖中，bind 這個(gè)函數(shù)只在服務(wù)端用到？

為啥客戶端沒用這個(gè)函數(shù)呢？

其實(shí)，客戶端也是可以用 bind 這個(gè)函數(shù)，但是沒必要。

理解下 bind 函數(shù)的作用：給這個(gè) socketfd 綁定地址（IP:Port）用的。客戶端不需要是因?yàn)椋喝绻麤]設(shè)置，內(nèi)核在建連的時(shí)候會(huì)自動(dòng)選一個(gè)臨時(shí)的端口號(hào)作為本次 TCP 連接的地址。一般客戶端也不在意端口號(hào)，只要能和服務(wù)端正常通信就好，所以客戶端一般沒有 bind 調(diào)用。

服務(wù)端必須要用這個(gè)是因?yàn)榉?wù)端必須提前明確指定監(jiān)聽的 IP 和 Port （不然誰知道向哪里發(fā)起連接呢）。

3 listen 函數(shù)

其實(shí) socket（ ） 創(chuàng)建出來的套接字并無客戶端和服務(wù)端之分，是 listen 函數(shù)讓 socket 有了不一樣的屬性，成為監(jiān)聽套接字。

listen 系統(tǒng)調(diào)用主要做兩件事：

通過 fd 找到 struct socket 結(jié)構(gòu)體；

調(diào)用 sock-》ops-》listen 函數(shù)（對(duì)應(yīng) inet_listen ）；

inet_listen 做啥了？?jī)?nèi)核注釋：

Move a socket into listening state.

簡(jiǎn)單看下 inet_listen 的實(shí)現(xiàn)功能：

檢查 socket 狀態(tài)，類型，必須為流式套接字才能轉(zhuǎn)化成監(jiān)聽套接字；

調(diào)用 inet_csk_listen_start ；

inet_csk_listen_start 做啥了？

初始化請(qǐng)求隊(duì)列 icsk-》icsk_accept_queue ；

套接字狀態(tài)設(shè)置成 TCP_LISTEN；

獲取到之前 bind 的端口，如果沒有設(shè)置，那么就會(huì)用個(gè)臨時(shí)的端口；

把監(jiān)聽套接字加入到全局 hash 表中；

劃重點(diǎn)：套接字的轉(zhuǎn)變就在于此。

4 accept 函數(shù)

inet_accept （ net/ipv4/af_inet.c ）注釋：

Accept a pending connection. The TCP layer now gives BSD semantics.

這個(gè)主要是從隊(duì)列 icsk-》icsk_accept_queue 中取請(qǐng)求，如果隊(duì)列為空，就看 socket 是否設(shè)置了非阻塞標(biāo)識(shí)，非阻塞的就直接報(bào)錯(cuò) EAGAIN，否則阻塞線程等待。

所以，監(jiān)聽套接字的可讀事件是啥？

icsk_accept_queue 隊(duì)列非空。

這個(gè)隊(duì)列什么時(shí)候被填充的？

tcp_child_process

-》 tcp_rcv_state_process

這個(gè)也是底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議回調(diào)往上調(diào)用的，tcp 三次握手之后，建立好的連接就在一個(gè)隊(duì)列中 accept_queue ，隊(duì)列非空則為只讀。由 tcp 的協(xié)議棧往上調(diào)用，對(duì)應(yīng)到 socket 層，還是會(huì)調(diào)用到 sk-》sk_data_ready 。

這里還是以 epoll 管理監(jiān)聽套接字來舉例。這個(gè)跟上面講的數(shù)據(jù)來了一樣，都是把掛接在 socket 本身上的 wait 對(duì)象進(jìn)行喚醒（調(diào)用回調(diào)），這樣就會(huì)到 ep_poll_callback ，ep_poll_callback 就會(huì)把監(jiān)聽套接字對(duì)應(yīng)的 ep_item 掛到 epoll 的 ready 隊(duì)列中，并且喚醒阻塞在 epoll_wait 的線程，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)聽套接字的讀事件的觸發(fā)的流程。

5 connect 函數(shù)

這個(gè)沒啥講的，就是由客戶端向服務(wù)端發(fā)起連接的時(shí)候調(diào)用，一般也和 epoll 配合不起來，略過。

句柄事件

在 深入剖析 epoll 篇 我們就提到過，epoll 池可以管理 socket fd ，用于監(jiān)聽 socket fd 的可讀，可寫事件。那么問題來了，socket fd 的可讀可寫事件分別是啥？代表了什么含義？

這個(gè)要把服務(wù)端的監(jiān)聽類型的 socket fd 和傳輸數(shù)據(jù)的 socket fd 分開來說。

監(jiān)聽類型的 fd：

有 client 建連，則觸發(fā)可讀事件；

句柄被 close ，則觸發(fā)可讀事件；

數(shù)據(jù)類型的 fd：

sk buffer 有可讀的數(shù)據(jù)，觸發(fā)可讀事件；

sk buffer 有可寫的空間，觸發(fā)可寫事件；

句柄杯 close，連接關(guān)閉的時(shí)候，也是可讀的；

還有，如果 socket 之上有 pending 的 error 待處理，那么也會(huì)觸發(fā)可讀事件。

epoll 池怎么配合？

最后，我們?cè)倩貞浺幌?，epoll 池管理的 socket fd 是怎么及時(shí)觸發(fā)喚醒的呢？

換句話說，socket fd 數(shù)據(jù)就緒之后，怎么能及時(shí)的喚醒被阻塞在 epoll_wait 的線程？

還記得套接字 buffer 數(shù)據(jù)來了的時(shí)候的回調(diào)嗎？

調(diào)用的是 sk-》sk_data_ready 這個(gè)函數(shù)指針，這個(gè)字段在 socket 初始化的時(shí)候被賦值為 sock_def_readable ，這個(gè)函數(shù)里面會(huì)依次調(diào)用所有掛接到 socket 的 wait 隊(duì)列的對(duì)象（ 表頭：sk-》sk_wq ），在這個(gè) wait 隊(duì)列中存在和 epoll 關(guān)聯(lián)的秘密。

回憶下，在 深入剖析 epoll 篇 提到，epoll_ctl 的時(shí)候，在把 socket fd 注冊(cè)進(jìn) epoll 池的時(shí)候，會(huì)把一個(gè) wait 對(duì)象掛接到這個(gè) socket 的 sk-》sk_wq 中 ，回調(diào)函數(shù)就是 ep_poll_callback 。

這個(gè)wait 對(duì)象就是數(shù)據(jù)就緒時(shí)候的聯(lián)系方式，這樣把 socket 數(shù)據(jù)就緒的流程和 epoll 關(guān)聯(lián)上了。

也就是說，sk-》sk_data_ready 會(huì)調(diào)用到 ep_poll_callback ，ep_poll_callback 這個(gè)函數(shù)處理很簡(jiǎn)單，做兩件事情：

把 socket 對(duì)應(yīng)的 ep_item 掛接到就緒隊(duì)列中；

把阻塞在 epoll_wait 的線程（Linux 進(jìn)程和線程本質(zhì)無區(qū)別）投遞到就緒隊(duì)列中，等待內(nèi)核調(diào)度（也就是所謂的喚醒，實(shí)現(xiàn)機(jī)制很簡(jiǎn)單，就是 epoll_wait 阻塞切走之前，會(huì)創(chuàng)建出一個(gè) wait 對(duì)象，掛到 epoll 池上，后續(xù)喚醒就能以此為依據(jù)）；

ep_poll_callback

sk-》sk_data_ready

tcp_v4_rcv（具體協(xié)議棧處理函數(shù)）

軟中斷

硬中斷

數(shù)據(jù)來了

最后用一張簡(jiǎn)要的圖展示結(jié)構(gòu)體之間的關(guān)系：

總結(jié)

vfs 下有一個(gè) sockfs 的抽象層，是把 socket 抽象成“文件” fd 的關(guān)鍵之一；

socket fd 能夠和文件 IO 一樣，使用 write/read 等系統(tǒng)調(diào)用，就得益于 vfs 幫你做的轉(zhuǎn)接。那 socket（） 函數(shù)調(diào)用是不是就和 open 文件 fd 的效果是一樣的呀？是的，都是構(gòu)建并關(guān)聯(lián)各種內(nèi)核結(jié)構(gòu)體；

epoll 池能管理 socketfd，因?yàn)?socket fd 實(shí)現(xiàn) poll 接口；

epoll_ctl 注冊(cè) socket fd 的時(shí)候，掛了個(gè) wait 對(duì)象在 socket 的 sk_wq 里，所以數(shù)據(jù)就緒的時(shí)候，socket 才能通知到 epoll；

epoll_wait 切走的時(shí)候掛了個(gè) wait 對(duì)象在 epoll 上，所以 epoll 就緒的時(shí)候，才能有機(jī)會(huì)喚醒阻塞的線程；

套接字由 socket（） 創(chuàng)建出來，客戶端和服務(wù)端都是，listen（） 調(diào)用可以把套接字轉(zhuǎn)化成監(jiān)聽套接字；

監(jiān)聽套接字一般只監(jiān)聽可讀事件，關(guān)注連接的建立，普通套接字走數(shù)據(jù)流，關(guān)注數(shù)據(jù)的讀寫事件；

后記

網(wǎng)絡(luò)模塊賊復(fù)雜，但是套接字編程賊簡(jiǎn)單，我們先從套接字編程入手，慢慢掌握吧。先理解 socket fd 是什么，邁出第一步。

責(zé)任編輯：haq