2020-08-20

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    用户使用socket系统调用编写应用程序时，通过一个数字来表示一个socket，所有的操作都在该数字上进行，这个数字称为套接字描述符。在系统调用的实现函数里，这个数字就会被映射成一个表示socket的结构体，该结构体保存了该socket的所有属性和数据。在内核的协议中实现中，关于表示 socket的结构体，是一个比较复杂的东西，下面一一介绍。
    struct socket。
    这是一个基本的BSD socket，我们调用socket系统调用创建的各种不同类型的socket，开始创建的都是它，到后面，各种不同类型的socket在它的基础上进行各种扩展。struct socket是在虚拟文件系统上被创建出来的，可以把它看成一个文件，是可以被安全地扩展的。下面是其完整定义：

struct socket {
socket_state state;
unsigned long flags;
const struct proto_ops *ops;
struct fasync_struct *fasync_list;
struct file *file;
struct sock *sk;
wait_queue_head_t wait;
short type;
};

state用于表示socket所处的状态，是一个枚举变量，其类型定义如下：

typedef enum {
SS_FREE = 0, //该socket还未分配
SS_UNCONNECTED, //未连向任何socket
SS_CONNECTING, //正在连接过程中
SS_CONNECTED, //已连向一个socket
SS_DISCONNECTING //正在断开连接的过程中
}socket_state;

    该成员只对TCP socket有用，因为只有tcp是面向连接的协议，udp跟raw不需要维护socket状态。
    flags是一组标志位，在内核中并没有发现被使用。
    ops是协议相关的一组操作集，结构体struct proto_ops的定义如下：

struct proto_ops {
int family;
struct module *owner;
int (*release)(struct socket *sock);
int (*bind)(struct socket *sock, struct sockaddr *myaddr, int sockaddr_len);
int (*connect)(struct socket *sock, struct sockaddr *vaddr, int sockaddr_len, int flags);
int (*socketpair)(struct socket *sock1, struct socket *sock2);
int (*accept)(struct socket *sock,struct socket *newsock, int flags);
int (*getname)(struct socket *sock, struct sockaddr *addr,int *sockaddr_len, int peer);
unsigned int (*poll)(struct file *file, struct socket *sock,
struct poll_table_struct *wait);
int (*ioctl)(struct socket *sock, unsigned int cmd, unsigned long arg);
int (*listen)(struct socket *sock, int len);
int (*shutdown)(struct socket *sock, int flags);
int (*setsockopt)(struct socket *sock, int level,
int optname, char __user *optval, int optlen);
int (*getsockopt)(struct socket *sock, int level,
int optname, char __user *optval, int __user *optlen);
int (*sendmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
struct msghdr *m, size_t total_len);
int (*recvmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
struct msghdr *m, size_t total_len, int flags);
int (*mmap)(struct file *file, struct socket *sock,struct vm_area_struct * vma);
ssize_t (*sendpage)(struct socket *sock, struct page *page,
int offset, size_t size, int flags);
};

协议栈中总共定义了三个strcut proto_ops类型的变量，分别是myinet_stream_ops, myinet_dgram_ops, myinet_sockraw_ops，对应流协议, 数据报和原始套接口协议的操作函数集。
type是socket的类型，对应的取值如下：

enum sock_type {
SOCK_DGRAM = 1,
SOCK_STREAM = 2,
SOCK_RAW = 3,
SOCK_RDM = 4,
SOCK_SEQPACKET = 5,
SOCK_DCCP = 6,
SOCK_PACKET = 10,
};

struct inet_sock。
这是INET域专用的一个socket表示，它是在struct sock的基础上进行的扩展，在基本socket的属性已具备的基础上，struct inet_sock提供了INET域专有的一些属性，比如TTL，组播列表，IP地址，端口等，下面是其完整定义：

struct inet_sock {
struct sock sk;
#if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)
struct ipv6_pinfo *pinet6;
#endif
__u32 daddr; //IPv4的目的地址。
__u32 rcv_saddr; //IPv4的本地接收地址。
__u16 dport; //目的端口。
__u16 num; //本地端口（主机字节序）。
__u32 saddr; //发送地址。
__s16 uc_ttl; //单播的ttl。
__u16 cmsg_flags;
struct ip_options *opt;
__u16 sport; //源端口。
__u16 id; //单调递增的一个值，用于赋给iphdr的id域。
__u8 tos; //服务类型。
__u8 mc_ttl; //组播的ttl
__u8 pmtudisc;
__u8 recverr:1,
is_icsk:1,
freebind:1,
hdrincl:1, //是否自己构建ip首部(用于raw协议)
mc_loop:1; //组播是否发向回路。
int mc_index; //组播使用的本地设备接口的索引。
__u32 mc_addr; //组播源地址。
struct ip_mc_socklist *mc_list; //组播组列表。
struct {
unsigned int flags;
unsigned int fragsize;
struct ip_options *opt;
struct rtable *rt;
int length;
u32 addr;
struct flowi fl;
} cork;
};

struct raw_sock
这是RAW协议专用的一个socket的表示，它是在struct inet_sock基础上的扩展，因为RAW协议要处理ICMP协议的过滤设置，其定义如下：

struct raw_sock {
struct inet_sock inet;
struct icmp_filter filter;
};

struct udp_sock
这是UDP协议专用的一个socket表示，它是在struct inet_sock基础上的扩展，其定义如下：

struct udp_sock {
struct inet_sock inet;
int pending;
unsigned int corkflag;
__u16 encap_type;
__u16 len;
};

    struct inet_connection_sock
    看完上面两个，我们觉得第三个应该就是struct tcp_sock了，但事实上，struct tcp_sock并不直接从struct inet_sock上扩展，而是从struct inet_connection_sock基础上进行扩展，struct inet_connection_sock是所有面向连接的socket的表示，关于该socket，及下面所有tcp相关的socket，我们在分析 tcp实现时再详细介绍，这里只列出它们的关系。

    strcut tcp_sock
    这是TCP协议专用的一个socket表示，它是在struct inet_connection_sock基础进行扩展，主要是增加了滑动窗口协议，避免拥塞算法等一些TCP专有属性。

    struct inet_timewait_sock

    struct tcp_timewait_sock
    在struct inet_timewait_sock的基础上进行扩展。

    struct inet_request_sock

    struct tcp_request_sock
    在struct inet_request_sock的基础上进行扩展。

socket函数

1、头文件：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

2、函数原型：

int socket(int domain, int type, int protocol);

socket函数类似于open，用来打开一个网络连接，如果成功则返回一个网络文件描述符（int类型），之后我们操作这个网络连接都通过这个网络文件描述符。

dimain：域，网络域，网络地址范围（IPV4或IPV6等）,也就是协议簇

type：指定套接字类型：SOCK_STREAM（TCP网络）、SOCK_DGRAM（UDP）、SOCK_SEQPACKET

protocol:指定协议，如果指定0，表示使用默认的协议

3、函数形参：

3.1、domain:(域)

AF_INET　　　　 ip
AF_INET6　　　　ipv6

AF_PACKET packet 低级数据包接口

PF_PACKET　　　不懂，待了解

PF_INET　　　　待了解(AF开头的表示地址族，PF开头的表示协议族，协议族包含多个地址族，但是当前这种还从未实现，而在<sys/socket.h>中PF的值总是与AF的值相等的)

3.2、type：(套接字类型)：

SOCK_RAW　　　　原始套接字　　　——>使用原始套接字时候调用，原始套接字也就是链路层协议

SOCK_STREAM　　字节流套接字　　 ——>提供顺序，可靠，双向，基于连接的字节流。可以支持带外数据传输机制。例如：TCP协议、FTP协议

SOCK_DGRAM 数据报套接字　　 ——>支持数据报（无连接，不可靠的固定最大长度的消息）例如：UDP协议

SOCK_SEQPACKET 有序分组套接字 ——>为固定最大长度的数据报提供有序，可靠，双向连接的数据传输路径; 消费者需要利用每个输入系统调用读取整个分组

3.3、protocol(协议)：

IPPROTO_IP　　　　 IP传输协议

IPPROTO_TCP　　　 TCP传输协议

IPPROTO_UDP　　 UDP协议

IPPROTO_SCTP　　 SCTP传输协议

IPPROTO_ICMP ICMP协议

IPPROTO_IGMP　　 IGMP协议

一般情况下IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_ICMP协议用的最多，UDP协议protocol就取IPPROTO_UDP，TCP协议protocol就取IPPROTO_TCP；一般情况下，我们让protocol等于0就可以，系统会给它默认的协议。但是要是使用raw socket协议，protocol就不能简单设为0，要与type参数匹配.

4、返回值：

成功时返回一个小的非负整数值，他与文件描述符类似，我们称为套接字描述符，简称sockfd。失败，则返回-1

sockaddr与sockaddr_in结构体简介

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* address family, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
};
sa_family是地址家族，一般都是“AF_xxx”的形式。好像通常大多用的是都是AF_INET。
sa_data是14字节协议地址。
此数据结构用做bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息。

但一般编程中并不直接针对此数据结构操作，而是使用另一个与sockaddr等价的数据结构
sockaddr_in（在netinet/in.h中定义）：
struct sockaddr_in {
short int sin_family;                      /* Address family */
unsigned short int sin_port;       /* Port number */
struct in_addr sin_addr;              /* Internet address */
unsigned char sin_zero[8];         /* Same size as struct sockaddr */
};
struct in_addr {
unsigned long s_addr;
};

typedef struct in_addr {
union {
            struct{
                        unsigned char s_b1,
                        s_b2,
                        s_b3,
                        s_b4;
                        } S_un_b;
           struct {
                        unsigned short s_w1,
                        s_w2;
                        } S_un_w;
            unsigned long S_addr;
          } S_un;
} IN_ADDR;

sin_family指代协议族，在socket编程中只能是AF_INET
sin_port存储端口号（使用网络字节顺序）
sin_addr存储IP地址，使用in_addr这个数据结构
sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节。
s_addr按照网络字节顺序存储IP地址

sockaddr_in和sockaddr是并列的结构，指向sockaddr_in的结构体的指针也可以指向
sockadd的结构体，并代替它。也就是说，你可以使用sockaddr_in建立你所需要的信息,
在最后用进行类型转换就可以了bzero((char*)&mysock,sizeof(mysock));//初始化
mysock结构体名
mysock.sa_family=AF_INET;
mysock.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.0.1");
……
等到要做转换的时候用：
（struct sockaddr*）mysock