Linux内核之网络

应用层:

套接字将Unix一切都是内核的概念应用到网络连接中,内核跟用户空间套接字之间的接口实现在c的标准库中,使用了socketcall系统调用.

socketcall充当了一个多路分解器,将各种任务分配到不同的过程执行,比如打开一个套接字,绑定或发送数据.

对于程序使用的套接字来说,都对应一个socket结构和sock的实例,二者充当向下(内核)跟向上(用户)接口

socket定义:

struct socket{
    socket_state state;//套接字连接状态
    unsigned long flags;
    const struct proto_ops *ops; //具体协议类型
    struct file *file; //指向一个伪文件的file实例,用于跟套接字通信(描述符)
    struct sock *sk;
    short type; //所用协议类型的数字标识符
};

ops包含处理套接字的特定于协议函数

struct proto_ops
{
 int family;
    .....
    int (*bind)(.............);
    int (*connect)(...........);
  .......等等
};

这里跟c标准库的对应函数同名,因为c库函数会通过syscall系统调用来调用上面的函数指针

套接字与文件

在连接建立后,用户进程使用普通的文件操作来访问套接字,每个套接字都分配了一个该类型的inode,inode又管理到另外一个普通文件相关的结构.用于操作文件的函数保存到一个单独的指针表中

struct inode{
.....
 struct file_operations *i_fop;
....
}

因此,对套接字文件描述符的文件操作,可以透明的定向到网络子系统的代码,套接字使用的file_operations如下:

struct file_operations socket_file_ops={
    .owner=THIS_MODULE,
    .poll=sock_poll
    .aio_read=sock_aio_read;
    .mmap
       .....
};

前缀为sock_的函数都是简单的包装器函数,他们会调用sock_operations.比如sock_mmap所示

static int sock_mmap(struct file*file,struct vm_area_struct *vma)
{
struct socket*sock=file->private_data; //socket指向 文件实例
  return sock->ops->ops->mmap(file,sock,vma);
}

inode跟套接字的关联,是通过以下辅助结构完成的

struct socket_alloc{
    struct socket socket;
    struct inode vfs_inode;
}

内核提供了两个宏进行必要的指针运算,根据inode找到相关套接字实例(socket_i)或者反过来(sock_inode)

socketcall系统调用

文件功能中的读写操作可以通过虚拟文件系统相关调用进入内核,然后重定向到socket_file_ops的函数指针,除此之外,还要对套接字执行其他任务

Linux提供了socketcall系统调用,它实现在sys_socketcall中,17个套接字操作对应一个系统调用,由于所要处理的任务不同,参数列表有很大差别.

sys_socketcall(int call,unsigned long _user*args)
{
    switch(call)
    {    case sys_socket:
            err=sys_socket(a0,a1,a[2]);
            break;
         case SYS_bind:
            err=sys_bind(a0,(struct sockaddr __user*)a1,a[2]);
        ........
    }
}