关于socket在Linux下系统调用的分析
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了关于socket在Linux下系统调用的分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
套接字是网络编程中的一种通信机制，是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点，简单的说就是通信的两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。
端口号：
端口号（port）是传输层协议的内容。
端口号是一个2字节16位的整数；
端口号用来标识一个进程，告诉操作系统，当前这个数据交给哪一个程序进行解析；
IP地址 + 端口号能标识网络上的某一台主机的某一个进程；
一个端口号只能被一个进程占用。
端口号 & 进程：
概念
进程有唯一的pid标识，端口号也能标识进程；
一个进程可以绑定多个端口号，一个端口号不能被多个进程绑定。
源端口号 & 目的端口号
传输层协议（TCP/IP）的数据段中有两个端口号，分别叫做源端口号和目的端口号，就是在描述“数据是谁的？发给谁？”
TCP：
（TCP）传输控制协议，面向连接。是一种提供可靠数据传输的通用协议。
传输层协议
有连接
可靠传输
面向字节流
socket API：
1.创建socket文件描述符 (TCP/UDP,客户端+服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数1(domain): 选择创建的套接字所用的协议族；
AF_INET ： IPv4协议；
AF_INET6： IPv6协议；
AF_LOCAL: Unix域协议；
AF_ROUTE：路由套接口；
AF_KEY ：密钥套接口。
参数2(type)：指定套接口类型，所选类型有：
SOCK_STREAM：字节流套接字；
SOCK_DGRAM : 数据报套接字;
SOCK_RAW : 原始套接口。
procotol: 使用的特定协议，一般使用默认协议（NULL）。
2.绑定端口号 （TCP/IP，服务器）
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
参数1(socket) : 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
参数2(address)：指向特定协议的地址指针。
参数3(address_len)：上面地址结构的长度。
返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
3.开始监听socket (TCP,服务器）
int listen(int socket, int backlog);
参数1(sockfd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
参数2(backlog)：所监听的端口队列大小。
4.接受请求 （TCP，服务器）
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
参数1(socket) : 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
参数2(address)：指向特定协议的地址指针。
参数3(addrlen)：上面地址结构的长度。
返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
5.建立连接 （TCP，客户端）
int connect(int sockfd, const struct struct sockaddr *addr, aocklen_t addrlen);
6.关闭套接字
int close(int fd);
参数(fd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
服务器端程序：
1 、加载套接字库
2 、创建套接字（socket ）。
3 、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind ）。
4 、将套接字设为监听模式，准备接收客户请求（listen ）。
5 、等待客户请求到来；当请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept ）。
6 、用返回的套接字和客户端进行通信（send/recv ）。
7 、返回，等待另一客户请求。
8 、关闭套接字。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int server_sockfd;//服务器端套接字
int client_sockfd;//客户端套接字
int len;
struct sockaddr_in my_addr; //服务器网络地址结构体
struct sockaddr_in remote_addr; //客户端网络地址结构体
int sin_size;
char buf[BUFSIZ]; //数据传送的缓冲区
memset(&my_addr,0,sizeof(my_addr)); //数据初始化--清零
my_addr.sin_family=AF_INET; //设置为IP通信
my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//服务器IP地址--允许连接到所有本地地址上
my_addr.sin_port=htons(8000); //服务器端口号
/*创建服务器端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
if((server_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
perror("socket");
return 1;
}
/*将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
if (bind(server_sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
{
perror("bind");
return 1;
}
/*监听连接请求--监听队列长度为5*/
listen(server_sockfd,5);
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
/*等待客户端连接请求到达*/
if((client_sockfd=accept(server_sockfd,(struct sockaddr *)&remote_addr,&sin_size))<0)
{
perror("accept");
return 1;
}
printf("accept client %s\\n",inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
len=send(client_sockfd,"Welcome to my server\\n",21,0);//发送欢迎信息
/*接收客户端的数据并将其发送给客户端--recv返回接收到的字节数，send返回发送的字节数*/
while((len=recv(client_sockfd,buf,BUFSIZ,0))>0)
{
buf[len]=\'\\0\';
printf("%s\\n",buf);
if(send(client_sockfd,buf,len,0)<0)
{
perror("write");
return 1;
}
}
close(client_sockfd);
close(server_sockfd);
return 0;
}
客户端程序：
1 、加载套接字库
2 、创建套接字（socket ）。
3 、向服务器发出连接请求（connect ）。
4 、和服务器端进行通信（send/recv ）。
5 、关闭套接字。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int client_sockfd;
int len;
struct sockaddr_in remote_addr; //服务器端网络地址结构体
char buf[BUFSIZ]; //数据传送的缓冲区
memset(&remote_addr,0,sizeof(remote_addr)); //数据初始化--清零
remote_addr.sin_family=AF_INET; //设置为IP通信
remote_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");//服务器IP地址
remote_addr.sin_port=htons(8000); //服务器端口号
/*创建客户端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
if((client_sockfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
{
perror("socket");
return 1;
}
/*将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
if(connect(client_sockfd,(struct sockaddr *)&remote_addr,sizeof(struct sockaddr))<0)
{
perror("connect");
return 1;
}
printf("connected to server\\n");
len=recv(client_sockfd,buf,BUFSIZ,0);//接收服务器端信息
buf[len]=\'\\0\';
printf("%s",buf); //打印服务器端信息
/*循环的发送接收信息并打印接收信息--recv返回接收到的字节数，send返回发送的字节数*/
while(1)
{
printf("Enter string to send:");
scanf("%s",buf);
if(!strcmp(buf,"quit"))
break;
len=send(client_sockfd,buf,strlen(buf),0);
len=recv(client_sockfd,buf,BUFSIZ,0);
buf[len]=\'\\0\';
printf("received:%s\\n",buf);
}
close(client_sockfd);//关闭套接字
return 0;
}
这里总结GDB调试过程以及命令：
gcc server.c -o server_gdb -g
gdb server_gdb
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命令 |
命令缩写 |
命令说明 |
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list |
l |
显示多行源代码 |
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break |
b |
设置断点,程序运行到断点的位置会停下来 |
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info |
i |
描述程序的状态 |
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run |
r |
开始运行程序 |
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display |
disp |
跟踪查看某个变量,每次停下来都显示它的值 |
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step |
s |
执行下一条语句,如果该语句为函数调用,则进入函数执行其中的第一条语句 |
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next |
n |
执行下一条语句,如果该语句为函数调用,不会进入函数内部执行(即不会一步步地调试函数内部语句) |
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p |
打印内部变量值 |
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continue |
c |
继续程序的运行,直到遇到下一个断点 |
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set var name=v |
|
设置变量的值 |
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start |
st |
开始执行程序,在main函数的第一条语句前面停下来 |
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file |
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装入需要调试的程序 |
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kill |
k |
终止正在调试的程序 |
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watch |
|
监视变量值的变化 |
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backtrace |
bt |
产看函数调用信息(堆栈) |
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frame |
f |
查看栈帧 |
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quit |
q |
退出GDB环境 |
下面是socket在linux下系统调用的分析
1.在include/linux/syscalls.h中定义了sys_socket函数的函数原型
asmlinkage long sys_socket(int, int, int);
系统调用函数必须满足：
asmlinkage long sys_##function-name(##args){ ,return ret}
2.在arch/arm/include/asm,unistd.h中，将sys_socket系统调用和系统调用好关联起来
#define __NR_socket 97
__SYSCALL(__NR_socket, sys_socket)//系统调用号为97
在unistd.h中，同时给出注释表明，给函数的实现在socket.c中
3.进入socket.c（net/中），发现有这样一个函数实现（或者定义）
SYSCALL_DEFINE3(socket, int, family, int, type, int, protocol){ ….}
肯定这就是asmlinkage long sys_socket（int，int，int）的实现了。为了表明这一切，需要进一步查看宏SYSCALL_DEFINE3的定义
SYSCALL_DEINFE3的定义也在syscalls.h中
#define SYSCALL_DEFINE1(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(1, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE2(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(2, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE4(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(4, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE5(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(5, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE6(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(6, _##name, __VA_ARGS__)
那么:SYSCALL_DEFINE3(socket,int,family,int,type,int,protocal)===SYSCALL_DEFINEX(3,socket,__VA_ARGS__)
由此，我们得到
SYSCALL_DEFINE3(socket, int, family, int, type, int, protocol){ ….}
SYSCALL_DEFINEX(3,_socket,__VA_ARGS__)
_SYSCALL_DEFINE(3,_socket,__VA_ARGS__)
asmlinkage long sys_socket(int family,int type,int protocol)
而他的原型正是：asmlinkage long sys_socket（int，int，int）
4.
分析了系统是如何定义和实现sys_socket的系统调用。接下来，仔细分析sys_socket是如何实现创socket的。在前面，我们知道inet_family_ops中的create函数为inet_create，也就是说，如果要创建inet型的socket，将由函数inet_create来创建。
先来看看inet_family_ops
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static const struct net_proto_family inet_family_ops = { .family = PF_INET, .create = inet_create, .owner = THIS_MODULE, }; |
下面看看sys_socket中的函数调用关系：
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sys_socket | +--------- sock_create | | | +------- __sock_create | | | +------- security_socket_create | +-------- sock_alloc() | +--------- rcu_dereference(net_families[family]) | +--------- pf->create(net, sock, protocol, kern) | +--------- module_put(pf->owner) | +--------- security_socket_post_create +---------- sock_map_fd |
sys_socket 调用sock_create函数，最终调用rcu_dereference函数来得到相应的net_family_ops，在这里是inet_family_ops，然后调用inet_family_ops结构中的create函数，这里是inet_create函数，来创建socket。sock_map_fd是得到一个文件号。
当使用socket(int,int,int)创建一个socket时，socket会调用sys_socket来完成socket的创建。
以上是关于关于socket在Linux下系统调用的分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
linux内核分析作业：操作系统是如何工作的进行:完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码