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Linux 最新稳定内核 2.4.x 的网络接口源码结构(二)

文章类别:C语言程序设计 | 发表日期:2008-9-24 14:38:10

作者:李元佳

   假如你在Linux启动的时候有留意启动的信息, 或者在linux下打命令dmesg就可以看到这一段程序输出的信息:
   IP Protocols: ICMP,UDP,TCP,IGMP也就是说现在数组inet_protos[]里面有了ICMP,UDP,TCP,IGMP四个协议的inet_protocol数据结构,数据结构包含了它们接收数据的处理函数。

   Linux 2.4.16在linux/include/linux/socket.h里定义了32种支持的BSDsocket协议,常见的有TCP/IP,IPX/SPX,X.25等,而每种协议还提供不同的服务,例如TCP/IP协议通过TCP协议支持连接服务,而通过UDP协议支持无连接服务,面对这么多的协议,向用户提供统一的接口是必要的,这种统一是通过socket来进行的。

   在BSD socket网络编程的模式下,利用一系列的统一的函数来利用通信的服务。例如一个典型的利用TCP协议通信程序是这样:

   sock_des criptor = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
   connect(sock_des criptor, 地址,) ;
   send(sock_des criptor,”hello world”);
   recv(sock_des criptor,buffer,1024,0);

   第一个函数指定了协议Inet协议,即TCP/IP协议,同时是利用面向连接的服务,这样就对应到TCP协议,以后的操作就是利用socket的标准函数进行的。

   从上面我们可以看到两个问题,首先socket层需要根据用户指定的协议族(上面是AF_INET)
从下面32种协议中选择一种协议来完成用户的要求,当协议族确定以后,还要把特定的服务映射到协议族下的具体协议,例如当用户指定的是面向连接的服务时,Inet协议族会映射到TCP协议。

   从多个协议中选择用户指定的协议,并把具体的出理交给选中的协议,这和一起网络核心层向上和向下衔接的问题本质上是一样的,所以解决的方法也是一样的,同样还是通过数组。在Linux/net/socket.c定义了这个数组staticstruct net_proto_family *net_families[NPROTO] 。数组的元素已经确定了,net_families[2] 是TCP/IP协议,net_families[3]

   是X.25协议,具体那一项对应什么协议,在include/linux/socket.h有定义。但是每一项的数据结构net_proto_family的ops是空的,也就是具体协议处理函数的地址是不知道的。协议的处理函数和ops建立联系是通过sock_register()(Linux/net/socket.c)这个函数建立的,例如TCP/IP协议的是这样建立关系的:

   int __init inet_init(void) (net/ipv4/af_inet.c)
   {
   (void) sock_register(&inet_family_ops);

   }

   只要给出AF_INET(在宏里定义是2),就可以找到net_failies[2] 里面的处理函数了。

   协议的映射完成了,现在要进行服务的映射了。上层当然不可能知道下层的什么协议能对应特定的服务,所以这种映射自然由协议族自己完成。在TCP/IP协议族里,这种映射是通过struct
list_head inetsw[SOCK_MAX]( net/ipv4/af_inet.c)

   这个数组进行映射的,在谈论这个数组之前我们来看另外一个数组inetsw_array[](net/ipv4/af_inet.c)

   static struct inet_protosw inetsw_array[] =
   {
   {
   type: SOCK_STREAM,
   protocol: IPPROTO_TCP,
   prot: &tcp_prot,
   ops: &inet_stream_ops,
   capability: -1,
   no_check: 0,
   flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
   },

   {
   type: SOCK_DGRAM,
   protocol: IPPROTO_UDP,
   prot: &udp_prot,
   ops: &inet_dgram_ops,
   capability: -1,
   no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
   flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
   },

   {
   type: SOCK_RAW,
   protocol: IPPROTO_IP, /* wild card */
   prot: &raw_prot,
   ops: &inet_dgram_ops,
   capability: CAP_NET_RAW,
   no_check: UDP_CSUM_DEFAULT,
   flags: INET_PROTOSW_REUSE,
   }
   };

   我们看到,SOCK_STREAM映射到了TCP协议,SOCK_DGRAM映射到了UDP协议,SOCK_RAW映射到了IP协议。现在只要把inetsw_array里的三项添加到数组inetsw[SOCK_MAX]就可以了,添加是通过函数inet_register_protosw()实现的。在inet_init()

   (net/ipv4/af_inet.c) 里完成了这些工作。

   还有一个需要映射的就是socket其它诸如accept,send(),

   connect(),release(),bind()等的操作函数是怎么映射的呢?我们来看一下上面的数组的TCP的项
   {
   type: SOCK_STREAM,
   protocol: IPPROTO_TCP,
   prot: &tcp_prot,
   ops: &inet_stream_ops,
   capability: -1,
   no_check: 0,
   flags: INET_PROTOSW_PERMANENT,
   },

   我们看到这种映射是通过ops,和prot来映射的,我们再来看看 tcp_prot这一项:

   struct proto tcp_prot = {
   name: "TCP",
   close: tcp_close,
   connect: tcp_v4_connect,
   disconnect: tcp_disconnect,
   accept: tcp_accept,
   ioctl: tcp_ioctl,
   init: tcp_v4_init_sock,
   destroy: tcp_v4_destroy_sock,
   shutdown: tcp_shutdown,
   setsockopt: tcp_setsockopt,
   getsockopt: tcp_getsockopt,
   sendmsg: tcp_sendmsg,
   recvmsg: tcp_recvmsg,
   backlog_rcv: tcp_v4_do_rcv,
   hash: tcp_v4_hash,
   unhash: tcp_unhash,
   get_port: tcp_v4_get_port,
   };
   所以的映射都已经完成了,用户调用connect()函数,其实就是调用了tcp_v4_connect()函数,按照这幅图,读起源码来就简单了很多了。

   六 Socket层

   上一节把socket层大多数要讨论的东西都谈论了,现在只讲讲socket 层和用户的衔接。

   系统调用socket(),bind(),connect(),accept,send(),release()等是在Linux/net/socket.c里面的实现的,系统调用实现的函数是相应的函数名加上sys_的前缀。

   现在看看当用户调用socket()这个函数,到底下面发 生了什么。

   Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)调用了sys_socket(),sys_socket()接着调用socket_creat(),socket_creat()就要根据用户提供的协议族参数在net_families[]里寻找合适的协议族,假如协议族没有被安装就要请求安装该协议族的模块,然后就调用该协议族的create()函数的处理句柄。根据参数AF_INET,inet_creat()就被调用了,在inet_creat()根据服务类型在inetsw[SOCK_MAX]

   选择合适的协议,并把协议的操作集赋给socket就是了,根据SOCK_STREAM,TCP协议被选中,
   inet_creat(){
   answer=inetsw [用户要求服务服务] ;
   sock->ops = answer->ops;
   sk->prot = answer->prot
   }

   到此为止,上下都打通了,该是大家都源码的时候了。

摘自:Linuxbyte
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