套接字疑惑------------套接字的資料結構是什麼樣子的？？？
一、套接字與套接字介面
套接字是應用程式訪問系統網路服務的介面。端到端的通訊通過一對套接字來實現，一個套接字對應一個通訊端點。
從實現來看，套接字是端端通訊的抽象描述。在應用程式裡，套接字對應一個整數值（套接字描述符）；在核心裡，套接字對應一個管理通訊過程的物件（struct socket結構）。該結構與前面所說的整數值一一對應。
在Linux系統核心中，struct socket結構物件不僅封裝了管理通訊過程的資料資訊，還封裝了負責網路通訊的功能函式（其具體的實現方式有些類似MFC中的回撥函式）。為了便於訪問這些功能函式，Linux提供了一系列程式設計介面函式，即套接字介面。通過這些介面，應用程式觸發系統呼叫來呼叫上述功能函式，從而訪問網路服務。
根據底層網路機制的差異，套接字可以定義為不同協議族的套接字。比如INET協議族套接字，UNIX域套接字等。在核心原始檔include/linux/socket.h中，每個協議族識別符號被定義為一個整數：
1: #define PF_UNSPEC AF_UNSPEC
2: #define PF_UNIX AF_UNIX
3: #define PF_LOCAL AF_LOCAL
4: #define PF_INET AF_INET
5: #define PF_AX25 AF_AX25
6: ...
建立套接字時，可以通過引數選擇協議族。如果指定為PF_INET協議族，則稱套接字為INET套接字。INET套接字的介面函式提供了TCP/IP網路服務功能。
套接字介面會實現一系列功能以便應用程式使用，包括：套接字建立、地址繫結、連線請求、埠監聽、連線請求允許、資料包傳送和接收等。
二、套接字建立流程
應用程式採用socket函式建立套接字。socket會觸發核心呼叫sys_socket函式，隨後sys_socket又呼叫sock_create函式。根據socket函式在引數中指定的協議族型別sock_create函式有選擇地呼叫不同的套接字建立函式，例如，當指定PF_INET協議族時，sock_create函式呼叫inet_create建立INET套接字。這些套接字函式首先建立套接字的核心表示結構，再返回一個套接字描述符來標識生成的套接字物件。socket函式返回時，應用程式獲得這個套接字描述符。
三、一些重要的套接字資料結構
Linux核心提供了一系列管理套接字的資料型別，此處只介紹幾個比較重要的。其中，struct net_proto_family是協議族管理型別，負責不同協議族套接字的建立；struct socket是套接字結構型別，每個套接字在核心中都對應唯一的struct sockt結構；struct proto_ops是協議族套接字的操作集，統一管理套接字操作函式；struct sock是套接字在傳輸層的表示型別，為套接字指定傳輸層協議後，其struct socket的sk指標將指向一個與傳輸協議關聯的struct sock結構；struct proto是傳輸層協議操作集，統一管理傳輸層協議的操作函式。
1、struct net_proto_family
1: struct net_proto_family
2: {
3: int family; //協議族標誌
4: int (*create)(strcut socket *sock, int protocol); //套接字建立方法
5: short authentication; //認證管理欄位
6: short encryption; //加密管理欄位
7: short encrypt_net;
8: struct module * owner;
9: };
struct net_proto_family管理不同協議族套接字的建立方法，其中create指標指向具體協議族套接字的建立函式。在include/linux/socket.h檔案中，核心用整數定義這些協議族。在初始化時，Linux系統支援的協議族被註冊到陣列static struct net_proto_family *net_families中。以下為一些常見協議族
1: #define PF_UNIX 1 //UNIX域協議族
2: #define PF_INET 2 //TCP/IP協議族
3: #define PF_IPX 4 //Novell網的IPX協議族
4: #define PF_APPLETALK 5
5: #define PF_ATMPVC 8
6: #define PF_X25 9
7: #define PF_INET6 10
8: #define PF_NETLINK 16
Linux通過net_families表來管理協議族，該表是struct net_proto_family型別的指標陣列，定義為：
1: static struct net_proto_family * net_families[NPROTO]；
協議族初始化時，套接字建立方法被sock_register函式(位於net\socket.c中)註冊到net_families中：
1: int sock_register(const struct net_proto_family *ops)
2: {
3: ...
4: if (rcu_dereference_protected(net_families[ops->family],
5: lockdep_is_held(&net_family_lock)))
6: err = -EEXIST;
7: else {
8: rcu_assign_pointer(net_families[ops->family], ops);
9: err = 0;
10: }
11: ...
12: }
比如INET協議族初始化時，函式inet_init呼叫sock_register來註冊INET套接字的建立方法（struct net_proto_family型別變數inet_family_ops管理INET套接字的建立方法）。
sock_register函式定義如下：
1: int sock_register(const struct net_proto_family *ops)
2: {
3: int err;
4:
5: if (ops->family >= NPROTO) {
6: printk(KERN_CRIT "protocol %d >= NPROTO(%d)\n", ops->family,
7: NPROTO);
8: return -ENOBUFS;
9: }
10:
11: spin_lock(&net_family_lock);
12: if (rcu_dereference_protected(net_families[ops->family],
13: lockdep_is_held(&net_family_lock)))
14: err = -EEXIST;
15: else {
16: rcu_assign_pointer(net_families[ops->family], ops);
17: err = 0;
18: }
19: spin_unlock(&net_family_lock);
20:
21: printk(KERN_INFO "NET: Registered protocol family %d\n", ops->family);
22: return err;
23: }
例如，inet_family_ops變數定義為：
1: struct net_proto_family inet_family_ops =
2: {
3: .family = PF_INET,
4: .create = inet_create,
5: .owner = THIS_MODULE
6: };
變數inet_family_ops管理INET協議族套接字的建立方法，其create指標指向inet_create函式。
上文提到的inet_init函式程式碼如下：
1: static int __init inet_init(void)
2: {
3: (void)sock_register(&inet_family_ops);
4: }
struct net_proto_family的定義程式碼位於檔案include/linux/net.h
2、struct proto_ops
1: struct proto_ops
2: {
3: int family;//協議族
4: struct module *owner;//所屬模組
5: //以下均為以函式指標形式指定的套接字操作
6: int (*release)(struct socket *sock);
7: int (*bind)(struct socket *sock, struct sockaddr *myaddr,
8: int sockaddr_len);
9: ...
10: };
struct proto_ops型別是協議族操作集。不同協議族套接字的操作函式可能不同，但Linux通過struct proto_ops中那些函式指標統一了介面，用這些函式指標來操作套接字。對於INET協議族的TCP和UDP協議，Linux分別提供了inet_stream_ops和inet_dgram_ops兩個struct proto_ops型別的變數，以inet_stream_ops為例：
1: struct proto_ops inet_stream_ops =
2: {
3: .family = PF_INET,
4: .owner = THIS_MODULE,
5: .release = inet_release,
6: .bind = inet_bind,
7: ...
8: }
struct proto_ops的宣告位於include/linux/net.h
3、struct socket型別
1: struct socket
2: {
3: socket_state state;//狀態值
4: unsigned long flags;//標識
5: struct proto_ops *ops;//指向一個struct proto_ops結構，為套接字提供協議族操作集
6: struct fasync_struct *fasync_list;//非同步喚醒連結串列
7: struct file *file;//檔案指標
8: struct sock *sk;//指向struct sock結構體，該結構體是套接字在傳輸層的表示結構
9: wait_queue_head_t wait;//等待佇列
10: short type;//傳輸層資料型別
11: unsigned char passcred;//授權描述
12: };
struct socket型別統一表示不同協議族的套接字，它與應用程式引用的套接字描述符一一對應。成員ops指向struct proto_ops結構體，代表具體協議族套接字的操作集。比如若INET協議族採用TCP傳輸協議，那麼ops指向的結構體為inet_stream_ops；若INET協議族套接字採用UDP傳輸協議，那麼ops指向的結構體等同於inet_dgram_ops。sk指向的struct sock結構體代表了傳輸層的套接字結構，包含了與具體傳輸層協議相關的資訊，如其中的sk_prot指標提供了傳輸層的操作集。
struct socket的定義程式碼位於檔案include/linux/net.h
4、struct proto型別
1: struct proto
2: {
3: void (*close)(struct sock *sk, long timeout);//關閉套接字
4: ...//一系列函式指標
5: atomic_t *memory_allocated;//分配的記憶體數
6: atomic_t *sockets_allocated;//分配的套接字數
7: int *memory_pressure;//與memory_allocated有關的控制
8: int *sysctl_mem;//記憶體訪問限制指標
9: int *sysctl_wmem;
10: int *sysctl_rmem;
11: int max_header;//最大頭部
12: char name[32];//名字描述
13: struct
14: {
15: int inuse;
16: u8 __pad[SMP_CACHE_BYTES - sizeof(int)];
17: }stats[NR_CPUS];//填充欄位
18: };
該結構體封裝了傳輸協議操作集。
5、struct sock型別
該結構體是套接字在傳輸層的表示結構。所有的套接字最後通過該結構來使用網路協議棧的服務。這個結構體定義於include/net/sock.h。
6、struct net_protocol型別
該結構體定義於include/net/protocol.h。
該結構管理傳輸層接收資料包的方法（也是通過函式指標）。例如TCP初始化時，核心在前文提到過的inet_init函式中註冊了接收TCP資料包的方法用(struct net_protocol型別變數tcp_protocol表示)，程式碼如下
1: if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0)
2: printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add TCP protocol\n");
7、struct inet_protosw型別
該結構把INET套接字的協議族操作集與傳輸層協議操作集關聯起來。
1: struct inet_protosw {
2: struct list_head list;
3:
4: /* These two fields form the lookup key. */
5: unsigned short type; /* This is the 2nd argument to socket(2). */
6: unsigned short protocol; /* This is the L4 protocol number. */
7:
8: struct proto *prot;//傳輸層協議操作集
9: const struct proto_ops *ops;//協議族套接字操作集
10:
11: char no_check; /* checksum on rcv/xmit/none? */
12: unsigned char flags; /* See INET_PROTOSW_* below. */
13: };
在/net/ipv4/Af_inet.c中分別針對INET套接字中TCP、UDP和RAW三種協議，以陣列方式定義了三個inet_protosw型別變數：
1: static struct inet_protosw inetsw_array[] =
2: {
3: {
4: .type = SOCK_STREAM,
5: .protocol = IPPROTO_TCP,
6: .prot = &tcp_prot,
7: .ops = &inet_stream_ops,
8: .no_check = 0,
9: .flags = INET_PROTOSW_PERMANENT |
10: INET_PROTOSW_ICSK,
11: },
12:
13: {
14: .type = SOCK_DGRAM,
15: .protocol = IPPROTO_UDP,
16: .prot = &udp_prot,
17: .ops = &inet_dgram_ops,
18: .no_check = UDP_CSUM_DEFAULT,
19: .flags = INET_PROTOSW_PERMANENT,
20: },
21:
22:
23: {
24: .type = SOCK_RAW,
25: .protocol = IPPROTO_IP, /* wild card */
26: .prot = &raw_prot,
27: .ops = &inet_sockraw_ops,
28: .no_check = UDP_CSUM_DEFAULT,
29: .flags = INET_PROTOSW_REUSE,
30: }
31: };
這三個變數實現了INET協議族中各協議族操作集與對應的傳輸層操作的關聯。在inet_init函式初始化INET協議族時，通過inet_register_protosw把陣列inetsw_array記錄的資訊註冊到inetsw陣列中，在系統實際使用時，以協議族為索引訪問inetsw。
struct inet_protosw位於include/net/protocol.h
8、Msghdr型別
該結構負責應用程式與核心互動網路資料，準備傳送的資料資訊封裝在這裡。該結構體位於include/linux/socoket.h
四、套接字建立流程及資料傳送流程
以INET協議族為例：
套接字建立流程：
應用程式建立套接字時，呼叫socket函式，該函式觸發核心的sys_socket函式。sys_socket函式引用sock_create，sock_create又呼叫__sock_create來建立套接字結構，具體實現包括：struct socket結構物件，訪問net_families變數得到協議族套接字的建立方法。對於INET套接字得到對應的套接字建立方法inet_create。inet_create函式建立一個INET套接字（用socket結構體表示），並根據套接字型別來決定傳輸層所採用的協議。socket結構體最重要的資訊保存於其內部的sock結構體中（由sk指標指向該結構），inet_create為此結構分配記憶體，並根據套接字型別做出不同的初始化