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[26514] 2021-08-27_Linuxfd系列—socketfd是什么？

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-08-27_Linuxfd系列—socketfd是什么？ L i n u x   f d   系 列   —   s o c k e t   f d   是 什 么 ？ L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 8 - 2 7 以 下 文 章 来 源 于 奇 伢 云 存 储   ， 作 者 奇 伢 来 自 公 众 号 ： 奇 伢 云 存 储 来 自 公 众 号 ： 奇 伢 云 存 储 坚 持 思 考 ， 就 会 很 酷 奇 伢 云 存 储 奇 伢 云 存 储   . 云 存 储 深 耕 之 路 ， 专 注 于 对 象 存 储 ， 块 存 储 ， 云 计 算 领 域 。 坚 持 撰 写 有 思 考 的 技 术 文 章 。
s o c k e t   f d   长 什 么 样 子 ？ 长 什 么 样 子 ？ 什 么 是   s o c k e t   f d   ？ 粗 糙 的 来 讲 ， 就 是 网 络   f d ， 比 如 我 们 最 常 见 的   C / S   客 户 端 服 务 端 的 编 程 模 式 ， 就 是 网 络 通 信 的 一 种 方 式 。 撇 开 底 层 和 协 议 细 节 ， 网 络 通 信 网 络 通 信 和 文 件 读 写 文 件 读 写 从 接 口 上 有 本 质 区 别 吗 ？ 其 实 没 啥 区 别 ， 不 就 是 读 过 来 和 写 过 去 嘛 ， 简 称   I O   。 我 们 先 看 一 下   s o c k e t   f d   是 什 么 样 子 的 ？ 随 便 找 了 个 进 程 这 里 我 们 看 到   f d   7 、 8   都 是 一 个   s o c k e t   f d ， 名 字 ： 整 数 句 柄 后 面 一 般 会 跟 一 些 信 息 ， 用 于 帮 助 我 们 了 解 这 个   f d   是 什 么 。 举 个 例 子 ， 如 果 是 文 件   f d ， 那 么 箭 头 后 面 一 般 是 路 径 名 称 。 现 在 拆 解 一 下 这 个 名 字 ： s o c k e t   ： 标 识 这 是 一 个   s o c k e t   类 型 的   f d   ： 这 个 是 一 个   i n o d e   号 ， 能 够 唯 一 标 识 本 机 的 一 条 网 络 连 接 ； 思 考 下 ， 这 个 思 考 下 ， 这 个   i n o d e   号 ， 还 能 再 哪 里 能 看 到 呢 ？ 号 ， 还 能 再 哪 里 能 看 到 呢 ？ 在   p r o c   的   n e t   目 录 下 ， 因 为 我 这 个 是 一 个 走   t c p   的 服 务 端 ， 所 以 我 们 看 一 下     文 件 。 这 个 文 件 里 面 能 看 到 所 有 的   t c p   连 接 的 信 息 。 知 识 点 又 来 了 ， 这 个 文 件 记 录 了   t c p   连 接 的 信 息 ， 这 份 信 息 是 非 常 有 用 的 。 包 含 了   T C P   连 接 的 地 址 （ 1 6 进 制 显 示 ） ， i n o d e   的 信 息 ， 连 接 的 状 态 等 等 。 r o o t @ u b u n t u : ~ #   l l   / p r o c / 1 5 8 3 / f d t o t a l   0 l r w x - - - - - -   1   r o o t   r o o t   6 4   J u l   1 9   1 2 : 3 7   7   - >   s o c k e t : [ 1 8 8 9 2 ] l r w x - - - - - -   1   r o o t   r o o t   6 4   J u l   1 9   1 2 : 3 7   8   - >   s o c k e t : [ 1 8 8 9 3 ] s o c k e t : [ 1 8 8 9 2 ] [ 1 8 8 9 2 ] / p r o c / n e t / t c p r o o t @ u b u n t u : ~ #   g r e p   - i   " 1 8 8 9 2 "   / p r o c / n e t / t c p     1 8 :   0 0 0 0 0 0 0 0 : 1 F 9 3   0 0 0 0 0 0 0 0 : 0 0 0 0   0 A   0 0 0 0 0 0 0 0 : 0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 0 0 0 0 0 0           0                 0   1 8 8 9 2   1   f f f f 8 8 0 1 9 7 f b a 5 8 0   1 0 0   0   0   1 0   0                                           r o o t @ u b u n t u : ~ #   g r e p   - i   " 1 8 8 9 3 "   / p r o c / n e t / t c p     2 8 :   0 0 0 0 0 0 0 0 : 1 F 7 C   0 0 0 0 0 0 0 0 : 0 0 0 0   0 A   0 0 0 0 0 0 0 0 : 0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 0 0 0 0 0 0           0                 0   1 8 8 9 3   1   f f f f 8 8 0 1 9 7 f b a d 0 0   1 0 0   0   0   1 0   0         / p r o c / n e t / t c p
s o c k e t   f d   是 什 么 ？ 是 什 么 ？ 环 境 声 明 环 境 声 明 ： L i n u x   内 核 版 本   4 . 1 9   为 了 方 便 ， 如 果 没 特 意 说 明 协 议 ， 默 认   T C P   协 议 ； 可 能 你 还 没 反 应 过 来 ， 中 文 名 ： 套 接 字 套 接 字   是 不 是 更 熟 悉 点 。 L i n u x   网 络 编 程 甚 至 可 以 叫 做 套 接 字 编 程 。 有 些 概 念 你 必 须 捋 一 捋   。 我 们 思 考 几 个 小 问 题 ： s o c k e t   跟   t c p / i p   有 什 么 区 别 ？ 就 不 该 把 这 两 个 东 西 放 在 一 起 比 较 讨 论 ， 就 不 是 一 个 东 西 。 t c p / i p   是 网 络 协 议 栈 ， s o c k e t   是 操 作 系 统 为 了 方 便 网 络 编 程 而 设 计 是 操 作 系 统 为 了 方 便 网 络 编 程 而 设 计 出 来 的 编 程 接 口 而 已 。 出 来 的 编 程 接 口 而 已 。 理 论 基 础 是 各 种 网 络 协 议 ， 协 议 栈 呀 ， 啥 的 。 但 是 如 果 你 要 进 行 网 络 编 程 ， 落 到 实 处 ， 对 程 序 猿 来 讲 就 是   s o c k e t   编 程 。 对 于 网 络 的 操 作 ， 由   s o c k e t   体 现 为   o p e n   - >   r e a d / w r i t e   - > c l o s e   这 样 的 编 程 模 式 ， 这 个 统 一 到 文 件 的 一 种 形 式 。 s o c k e t   的   o p e n   就 是 ， 和 文 件 一 样 ， 都 是 获 取 一 个 句 柄 。 网 络 抽 象 层 次 网 络 抽 象 层 次 网 络 模 型 一 般 会 对 应 到 两 种 ： 完 美 理 论 的   O S I   七 层 模 型 七 层 模 型 ； 现 实 应 用 的   5   层 模 型 ； 对 应 关 系 如 下 图 （ 取 自   U n i x   套 接 字 编 程 ） s o c k e t s o c k e t ( i n t   d o m a i n ,   i n t   t y p e ,   i n t   p r o t o c o l )
不 同 层 次 做 不 同 的 事 情 ， 不 断 的 封 装 ， 不 断 的 站 在 巨 人 的 肩 膀 上 ， 你 将 能 做 的 更 多 。 今 天 ， 奇 伢 剖 析 的 只 聚 焦 在 套 接 字 这 一 层 ， 这 是 程 序 猿 摸 得 到 的 一 层 ， 位 于 所 有 网 络 协 议 之 上 的 一 层 封 装 ， 网 络 编 程 又 叫 套 接 网 络 编 程 又 叫 套 接 字 编 程 字 编 程 ， 这 并 不 是 空 穴 来 风 。 套 接 字 ， 是 内 核 对 贼 复 杂 的 网 络 协 议 栈 的   A P I   封 装 ， 使 得 程 序 猿 能 够 用 极 简 的 姿 势 进 行 网 络 编 程 。 比 如 写 一 个 基 于   T c p   的   C / S 的 网 络 程 序 ， 需 要 用 到 啥 ？ 我 们 大 概 畅 想 下 ： 1 .   客 户 端 和 服 务 端 都 用 调 用 创 建 套 接 字 ； 2 .   服 务 端 用 绑 定 监 听 地 址 ， 用 把 套 接 字 转 化 为 监 听 套 接 字 ， 用 s o c k e t b i n d l i s t e n a c c e p t
捞 取 一 个 客 户 端 来 的 连 接 ； 3 .   客 户 端 用 进 行 建 连 ， 用 进 行 网 络   I O ； 程 序 猿 用 着 好 简 单 ！ 因 为 内 核 把 事 扛 了 。 s o c k e t   f d   的 类 型 的 类 型 上 面 我 们 提 到 了 套 接 字 ， 这 是 我 们 网 络 编 程 的 主 体 ， 套 接 字 由 系 统 调 用 创 建 ， 但 你 可 知 套 接 字 其 实 可 分 为 两 种 类 型 ， 监 听 套 接 字 和 普 通 套 接 字 。 而 监 听 套 接 字 是 由 把   s o c k e t   f d   转 化 而 成 。   1       监 听 套 接 字 监 听 套 接 字 对 于 监 听 套 接 字 ， 不 走 数 据 流 ， 只 管 理 连 接 的 建 立 。 将 从 全 连 接 队 列 获 取 一 个 创 建 好 的   s o c k e t （   3   次 握 手 完 成 ） ， 对 于 监 听 套 接 字 的 可 读 事 件 就 是 全 连 接 队 列 非 空 。 对 于 监 听 套 接 字 ， 我 们 只 在 乎 可 读 事 件 。   2       普 通 套 接 字 普 通 套 接 字 普 通 套 接 字 就 是 走 数 据 流 的 ， 也 就 是 网 络   I O ， 针 对 普 通 套 接 字 我 们 关 注 可 读 可 写 事 件 。 在 说   s o c k e t   的 可 读 可 写 事 件 之 前 ， 我 们 先 捋 顺 套 接 字 的 读 写 大 概 是 什 么 样 子 吧 。 套 接 字 层 是 内 核 提 供 给 程 序 员 用 来 网 络 编 程 的 ， 程 序 猿 读 写 都 是 针 对 套 接 字 而 言 ， 那 么 和 都 会 发 生 什 么 呢 ？ w r i t e   数 据 到   s o c k e t f d ， 大 部 分 情 况 下 ， 数 据 写 到   s o c k e t   的 内 存   b u f f e r ， 就 结 束 了 ， 并 没 有 发 送 到 对 端 网 络 （ 异 步 发 送 ） ； a c c e p t c o n n e c t w r i t e / r e a d s o c k e t ( ) l i s t e n ( ) a c c e p t w r i t e (   s o c k e t f d ,   / *   参 数   * / ) r e a d (   s o c k e t f d ,   / *   参 数   * / )
r e a d   s o c k e t f d   的 数 据 ， 也 只 是 从   s o c k e t   的   内 存   b u f f e r   里 读 数 据 而 已 ， 而 不 是 从 网 卡 读 （ 虽 然 数 据 是 从 网 卡 一 层 层 递 上 来 的 ） ； 也 就 是 说 ， 程 序 猿 而 言 ， 是 跟   s o c k e t   打 交 道 ， 内 核 屏 蔽 了 底 层 的 细 节 。 那 说 回 来   s o c k e t   的 可 读 可 写 事 件 就 很 容 易 理 解 了 。 s o c k e t f d   可 读 ： 其 实 就 是   s o c k e t   b u f f e r   内 有 数 据 （ 超 过 阈 值   S O _ R C L O W A T   ） ； s o c k e t f d   可 写 ： 就 是   s o c k e t   b u f f e r   还 有 空 间 让 你 写 （ 阈 值   S O _ S N D L O W A T   ） ； s o c k f s   文 件 系 统 文 件 系 统 s o c k e t   f d   为 什 么 能 具 备 “ 文 件 ” 的 语 义 ， 从 而 和   e v e n t f d ， e x t 2   f d   这 样 的 句 柄 一 样 ， 统 一 提 供 对 外   i o   的 样 子 ？ 核 心 就 是 ： s o c k f s   ， 这 也 是 个 文 件 系 统 ， 只 不 过 普 通 用 户 看 不 见 ， 这 是 只 由 内 核 管 理 的 文 件 系 统 ， 位 于   v f s   之 下 ， 为 了 封 装 s o c k e t   对 上 的 文 件 语 义 。 其 中 最 关 键 的 是   s o c k _ m n t   这 个 全 局 变 量 里 面 的 超 级 块 的 操 作 表 。 这 个 是 每 个 文 件 系 统 的 核 心 函 数 表 ， 如 上 指 明 了   i n o d e   的 分 配 规 则 （ 这 里 又 将 体 现 依 次 结 构 体 内 嵌 组 合 + 类 型 强 转 的 应 用 ） 。 / /   n e t / s o c k e t . c s t a t i c   i n t   _ _ i n i t   s o c k _ i n i t ( v o i d ) {         / /   注 册   s o c k f s   文 件 系 统         e r r   =   r e g i s t e r _ f i l e s y s t e m ( & s o c k _ f s _ t y p e ) ;         / /   内 核 挂 载         s o c k _ m n t   =   k e r n _ m o u n t ( & s o c k _ f s _ t y p e ) ; } s o c k f s _ o p s / /   n e t / s o c k e t . c s t a t i c   c o n s t   s t r u c t   s u p e r _ o p e r a t i o n s   s o c k f s _ o p s   =   {         . a l l o c _ i n o d e         =   s o c k _ a l l o c _ i n o d e ,         . d e s t r o y _ i n o d e     =   s o c k _ d e s t r o y _ i n o d e ,         . s t a t f s           =   s i m p l e _ s t a t f s , } ;
读 者 朋 友 还 记 得   i n o d e   和   e x t 4 _ i n o d e _ i n f o   的 关 系 吗 ？ 在   L i n u x   f d   究 竟 是 什 么 ？ 究 竟 是 什 么 ？ 一 文 中 有 提 到 这 个 ： i n o d e   是   v f s   抽 象 的 适 配 所 有 文 件 系 统 的 结 构 体 ， 但 分 配 其 实 是 有 下 层 具 体 文 件 系 统 分 配 出 来 的 ， 以   e x t 4   文 件 系 统 来 说 ， 使 用 函 数 分 配 出 这 个 大 结 构 体 ， 然 后 返 回 的 是   i n o d e   的 地 址 而 已 。 划 重 点 ： 划 重 点 ： 内 嵌 于 具 体 文 件 系 统 的 内 嵌 于 具 体 文 件 系 统 的   “ i n o d e ”   里 ， 里 ， v f s   层 使 用 的 是 层 使 用 的 是   i n o d e ， ， e x t 4   层 使 用 的 是 层 使 用 的 是 ， 不 同 层 次 通 过 地 址 的 强 制 转 化 类 型 来 切 换 结 构 体 。 ， 不 同 层 次 通 过 地 址 的 强 制 转 化 类 型 来 切 换 结 构 体 。 那 么 类 似 ， s o c k f s   也 是 如 此 ， s o c k f s   作 为 文 件 系 统 ， 也 有 自 己 特 色 的   “ i n o d e ” ， 这 个 类 型 就 是 ， 如 下 ： 这 个 结 构 体 关 联   s o c k e t   和   i n o d e   两 个 角 色 ， 是 “ 文 件 ” 抽 象 的 核 心 之 一 。 分 配 结 构 体 其 实 是 分 配 了 e x t 4 _ a l l o c _ i n o d e e x t 4 _ i n o d e _ i n f o s t r u c t   i n o d e e x t 4 _ i n o d e _ i n f o s t r u c t   s o c k e t _ a l l o c s t r u c t   s o c k e t _ a l l o c   {         s t r u c t   s o c k e t   s o c k e t ;         s t r u c t   i n o d e   v f s _ i n o d e ; } ; s t r u c t   s o c k e t s t r u c t   s o c k e t _ a l l o c
结 构 体 ， 然 后 返 回 了   字 段 的 地 址 而 已 。 划 重 点 ： 划 重 点 ： v f s   层 用 的 时 候 给 层 用 的 时 候 给   i n o d e   字 段 的 地 址 ， 字 段 的 地 址 ， s o c k e t   层 的 时 候 给 层 的 时 候 给   s o c k e t   字 段 的 地 址 。 不 同 抽 象 层 面 对 于 同 一 个 内 存 块 字 段 的 地 址 。 不 同 抽 象 层 面 对 于 同 一 个 内 存 块 的 理 解 不 同 ， 强 制 转 化 类 型 ， 然 后 各 自 使 用 的 理 解 不 同 ， 强 制 转 化 类 型 ， 然 后 各 自 使 用 从 文 件 的 角 度 来 看   s o c k e t ， 模 块 如 下 ： 回 调 唤 醒 的 通 用 做 法 ？ 回 调 唤 醒 的 通 用 做 法 ？ 先 铺 垫 一 个 小 知 识 点 ： 内 核 里 面 有 回 调 唤 醒 的 实 现 ， 里 面 有 用 到 一 种 先 铺 垫 一 个 小 知 识 点 ： 内 核 里 面 有 回 调 唤 醒 的 实 现 ， 里 面 有 用 到 一 种   w a i t   q u e u e   的 做 法 ， 其 实 很 简 单 的 原 理 。 的 做 法 ， 其 实 很 简 单 的 原 理 。 大 白 话 原 理 ： 你 要 走 可 以 ， 把 联 系 方 式 留 下 ， 我 搞 好 之 后 通 知 你 （ 调 用 你 留 下 的 函 数 ， 传 入 你 留 下 的 参 数 ） 。 s o c k e t _ a l l o c - > s o c k e t
拿   s o c k e t   来 说 ， 里 面 就 有 个 字 段 ， 这 是 个 表 头 ， 就 是 用 来 挂 接 等 待 对 象 的 。 谁 会 挂 ？ 就 以   e p o l l   池 来 说 ， 注 册   s o c k e t   f d   的 时 候 ， 就 会 挂 一 个   w a i t   对 象 到 里 。 回 调 参 数 为 ， 参 数 为 。 这 样   e p o l l   给   s o c k e t   留 下 联 系 方 式 了 （   w a i t   对 象   ） ， s o c k e t   有 啥 事 就 可 以 随 时 通 知 到   e p o l l   池 了 。 能 有 什 么 事 ？ s o c k e t   可 读 可 写 了 呗 。 s k   b u f f e r   里 面 有 数 据 可 以 读 ， 或 者 有 空 间 可 以 写 了 呗 。 对 于 监 听 类 型 的   s o c k e t ， 有 新 的 连 接 了 呗 。 e p o l l   监 听 的 不 就 是 这 个 嘛 。 s o c k e t   编 程 编 程   ？ ？ 服 务 端 ： 服 务 端 ： 创 建 出   s o c k e t f d ； s t r u c t   s o c k s k _ w q e p o l l _ c t l s k - > s k _ w q e p _ p o l l _ c a l l b a c k e p i t e m 1 .   s o c k e t (   )
  绑 定 一 个 端 口 （ 和 客 户 端 约 定 好 的 知 名 端 口 号 ） ； 讲 套 接 字 转 化 成 监 听 套 接 字 ； 等 待 客 户 端 的 建 连 请 求 ； 5 .   建 连 之 后   r e a d / w r i t e   处 理 数 据 即 可 （ 一 般 和 监 听 线 程 并 发 ） ； 客 户 端 ： 客 户 端 ： 创 建 出   s o c k e t f d ； 向 指 定 机 器 、 端 口 发 起 建 连 请 求 ； 3 .   建 连 之 后 ， r e a d / w r i t e   处 理 数 据 ； 2 .   b i n d (   ) 3 .   l i s t e n (   ) 4 .   a c c e p t (   ) 1 .   s o c k e t (   ) 2 .   c o n n e c t (   )
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