一. 简述

socket函数用于创建一个新的socket，也就是向系统申请一个socket资源。socket函数用户客户端和服务端。
函数声明：
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数说明：
domain：协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type：指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的socket，对应于无连接的UDP服务应用。
protocol：指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
说了一大堆废话，第一个参数只能填AF_INET，第二个参数只能填SOCK_STREAM，第三个参数只能填0。
除非系统资料耗尽，socket函数一般不会返回失败。
返回值：成功则返回一个socket，失败返回-1，错误原因存于errno 中。

协议族

我们主要关心 AF_INET

 Name                Purpose                          Man page
       AF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)
       AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)
       AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)
       AF_IPX              IPX - Novell protocols
       AF_NETLINK          Kernel user interface device     netlink(7)
       AF_X25              ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol   x25(7)
       AF_AX25             Amateur radio AX.25 protocol
       AF_ATMPVC           Access to raw ATM PVCs
       AF_APPLETALK        AppleTalk                        ddp(7)
       AF_PACKET           Low level packet interface       packet(7)
       AF_ALG              Interface to kernel crypto API

socket类型

SOCK_STREAM     Provides sequenced, reliable, two-way, connection-based byte streams.  An out-of-band data transmission mechanism may be supported.
SOCK_DGRAM      Supports datagrams (connectionless, unreliable messages of a fixed maximum length).
SOCK_SEQPACKET  Provides  a  sequenced,  reliable,  two-way connection-based data transmission path for datagrams of fixed maximum length; a consumer is required to read an entire packet with each
                       input system call.
SOCK_RAW        Provides raw network protocol access.
SOCK_RDM        Provides a reliable datagram layer that does not guarantee ordering.
SOCK_PACKET     Obsolete and should not be used in new programs; see packet(7).

主要是SOCK_STREAM，SOCK_DGRAM

指定协议

常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

我们填 0 ，就是用TCP协议

返回值

RETURN VALUE On success, a file descriptor for the new socket is returned. On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

返回的是文件描述符
正常返回 3
gdb时返回 7

一个服务端能跑多少个socket

冲个2000

不过我在vscode的终端就可以跑完

这个跟 Linux对打开文件数量的限制有关

其他文章

在内核中为什么要有struct socket结构体呢？
struct socket结构体的作用是什么？
下面这个图，我觉得可以回答以上两个问题。

由这个图可知，内核中的进程可以通过使用struct socket结构体来访问linux内核中的网络系统中的传输层、网络层、数据链路层。也可以说struct socket是内核中的进程与内核中的网路系统的桥梁。

struct socket
{
     socket_state  state; // socket state
     short   type ; // socket type
     unsigned long  flags; // socket flags
     struct fasync_struct  *fasync_list;
     wait_queue_head_t wait;
     struct file *file;
     struct sock *sock;  // socket在网络层的表示；
     const struct proto_ops *ops;
}
struct socket结构体的类型
enum sock_type
{
   SOCK_STREAM = 1, // 用于与TCP层中的tcp协议数据的struct socket
   SOCK_DGRAM  = 2, //用于与TCP层中的udp协议数据的struct socket
   SOCK_RAW    = 3, // raw struct socket
   SOCK_RDM    = 4, //可靠传输消息的struct socket
   SOCK_SEQPACKET = 5,// sequential packet socket
   SOCK_DCCP   = 6,
   SOCK_PACKET = 10, //从dev level中获取数据包的socket
};
struct socket 中的flags字段取值：
  #define SOCK_ASYNC_NOSPACE  0
  #define SOCK_ASYNC_WAITDATA 1
  #define SOCK_NOSPACE        2
  #define SOCK_PASSCRED       3
  #define SOCK_PASSSEC        4

我们知道在TCP层中使用两个协议：tcp协议和udp协议。而在将TCP层中的数据往下传输时，要使用网络层的协议，而网络层的协议很多，不同的网络使用不同的网络层协议。我们常用的因特网中，网络层使用的是IPV4和IPV6协议。
所以在内核中的进程在使用struct socket提取内核网络系统中的数据时，不光要指明struct socket的类型(用于说明是提取TCP层中tcp协议负载的数据，还是udp层负载的数据)，还要指明网络层的协议类型(网络层的协议用于负载TCP层中的数据)。
linux内核中的网络系统中的网络层的协议，在linux中被称为address family(地址簇，通常以AF_XXX表示）或protocol family(协议簇，通常以PF_XXX表示)。

1.创建一个struct socket结构体：
int sock_create(int family, int type, int protocol,
struct socket res);
int sock_create_kern(int family, int type, int protocol,
struct socket res);
EXPROT_SYMBOL(sock_create);
EXPROT_SYMBOL(sock_create_kern);
family : 指定协议簇的类型，其值为：PF_XXX或 AF_XXX
type : 指定要创建的struct socket结构体的类型；
protocol : 一般为0；
res : 中存放创建的struct socket结构体的地址；

int sock_create(int family, int type, int protocol, struct socket **res)
{
   return __sock_create(current->nsproxy->net_ns, family, type, protocol, res, 0);
}
int sock_create_kern(int family, int type, int protocol, struct socket **res)
{
   return __sock_create( &init_net, family, type, protocot, res, 1 );
}
如果在内核中创建struct socket时，推荐使用sock_create_kern()函数；
// 网络协议簇结构体
struct net_proto_family
{
   int family ; // 协议簇
   int (*create)(struct net *net, struct socket *sock,  int protocol);
   struct module  *owner;
};
内核中的所有的网络协议的响应的网络协议簇结构体都存放在 net_families[]指针数组中；
static struct net_proto_family *net_families[NPROTO];
static int __sock_create(struct net *net, int family, int type, int protocol, 
                         struct socket **res, int kern )
{
    struct socket *sock;
    struct net_proto_family *pf;
    sock = sock_alloc();//分配一个struct socket 结构体
    sock->type = type;
    pf = rcu_dereference(net_families[family]); //获取相应的网络协议簇结构体的地址；
    pf->create(net, sock, protocol); // 对struct socket结构体做相应的处理；
    *res = sock; // res中保存创建的struct socket结构体的地址；
    return 0;
}
struct socket_alloc
{
   struct socket socket ;
   struct inode vfs_node ;
}
static inline struct socket *SOCKET_I(struct inode *inode)
{
   return &contain_of(inode, struct socket_alloc, vfs->node)->socket;
}
static struct socket *sock_alloc(void)
{
     struct inode *inode;
     struct socket *sock;
     inode = new_inode(sock_mnt->mnt_sb);//分配一个新的struct inode节点
     sock = SOCKET_I(inode); 
     inode->i_mode = S_IFSOCK | S_IRWXUGO;//设置inode节点的权限
     inode->i_uid = current_fsuid(); // 设置节点的UID
     inode->i_gid = current_fsgid(); //设置节点的GID
     return sock; 
}

有以上的代码可知：linux内核在使用sock_create()、sock_create_kern()
进行struct socket结构体的创建时，其本质是分配了一个struct socket_alloc
结构体，而这个struct socket_alloc结构体中包含了struct socket 和struct
inode(struct inode结构体，是linux内核用来刻画一个存放在内存中的文件的，通过将struct inode 和 struct socket绑定在一起形成struct socket_alloc结构体，来表示内核中的网络文件)。然后对分配的struct socket结构体进行初始化，来定义内核中的网络文件的类型(family, type, protocol).

在linux网络系统中还有两个非常重要的套接字地址结构体：
struct sockaddr_in
struct sockaddr;

typedef unsigned short sa_family_t;
// Internet Address
struct in_addr{
    __b32 s_addr;
}
//struct describing an Internet socket address
//sockaddr_in 中存放端口号、网路层中的协议类型(ipv4,ipv6)等，网络层的IP地址；
struct sockaddr_in
{
    sa_family_t sin_family ; // Address family AF_XXX
    __be16      sin_port   ; // 端口号
    struct in_addr sin_addr ; // Internet Address 
    /*Pad to size of  'struct sockaddr'*/
    ...........  
};
//套接字地址结构体。
struct sockaddr
{
    sa_family_t sa_family; // 存放网络层所使用的协议类型(AF_XXX 或 PF_XXX);
    char sa_data[14];   // 里面存放端口号、网络层地址等信息；
}

从本质上来说，struct sockaddr与struct sockaddr_in是相同的。
但在，实际的使用过程中，struct sockaddr_in是 Internet环境下的套接字地址形式，而struct sockaddr是通过的套接字地址个形式。在linux内核中struct sockaddr使用的更多，目的是使linux内核代码更为通用。

2.将创建的套接字(struct socket)与套接字地址结构体(struct sockaddr or struct sockaddr_in)进行绑定：
int kernel_bind(struct socket sock, struct sockaddr addr,
int addrlen)

EXPROT_SYMBOL(kernel_bind);
sock : 为通过sock_create()或sock_create_kern()创建的套接字；
addr : 为套接字地址结构体；
addrlen:为套接字地址结构体的大小；

3.将一个套接字(struct socket)设置为监听状态：
int kernel_listen(struct socket sock, int backlog);
backlog :一般情况下设置为0；
EXPORT_SYMBOL(kernel_listen);

4.当把一个套接字设置为监听状态以后，使用这个套接字去监听其它的套接字；
int kernel_accept(struct socket sock, struct socket new_sock,
int flags);
EXPORT_SYMBOL(kernel_accept);
sock : listening socket 处于监听状态的套接字；
new_sock : 被监听的套接字；
flags: struct socket中的flags字段的取值；

5.把一个套接字连接到另一个套接字地址结构体上：
int kernel_connect(struc socket sock, struct sockaddr addr,
int addrlen, int flags);
EXPORT_SYMBOL(kernel_connect);
sock : struct socket;
addr : 为另一个新的套接字地址结构体；
addrlen : 套接字地址结构体的大小；
flags :file-related flags associated with socket

6.把一个应用层中的数据发送给另一个设备中的进程：
int kernel_sendmsg(struct socket sock, struct msghdr msg,
struct kvec *vec, size_t num, size_t size)
EXPORT_SYMBOL(kernel_sendmsg);
sock : 为当前进程中的struct socket套接字；
msg : 用于接收来自应用层的数据包；
kvec : 中存放将要发送出去的数据；
num : 见代码；
size : 为将要发送的数据的长度；

struct iovec
{
    void __user *iov_base;
    __kernel_size_t iov_len;
}
struct msghdr
{
     //用于存放目的进程所使用的套接字地址
     void *msg_name;  // 用于存放目的进程的struct sockaddr_in 
     int   msg_namelen; // 目的进程的sizeof(struct sockaddr_in)
     //用于来自应用层的数据
     struct iovec *msg_iov ;// 指向一个struct iovec的数组，数组中的每个成员表示一个数据块
     __kernel_size_t  msg_iovlen ; //数据块数，即struct iovec数组的大小
     //用于存放一些控制信息
     void *msg_control ;
     __kernel_size_t msg_controllen; //控制信息的长度；
     //
     int msg_flags;     
}

struct kvec
{
    void *iov_base; //用于存放来自应用层的数据；
    size_t iov_len; //来自应用层的数据的长度；
}

struct msghdr中的flags字段的取值为：

int kernel_sendmsg(struct socket sock, struct msghdr msg,
struct kvec *vec, size_t num, size_t size)函数的实现为：

有kernel_sendmsg()的实现代码可知，struct kvec中的数据部分最终还是要放到struct msghdr之中去的。
kernel_sendmsg()的用法：

也可以使用下面这个函数来实现相同的功能：
int sock_sendmsg(struct socket sock, struct msghdr msg,
size_t size);
EXPORT_SYMBOL(sock_sendmsg);

7.接受来自另一个网络进程中的数据：
int kernel_recvmsg(struct socket sock, struct msghdr msg,
struct kvec *vec, size_t num, size_t size, int flags)
EXPORT_SYMBOL(kernel_recvmsg);
sock : 为接受进程的套接字；
msg : 用于存放接受到的数据；
vec : 用于指向本地进程中的缓存区；
num : 为数据块的块数；
size : 缓存区的大小；
flags: struct msghdr中的flags字段中的取值范围；
int kernel_recvmsg()的实现：

kernel_recvmsg()的用法：

8.关闭一个套接字：
void sock_release(struct socket *sock);
用于关闭一个套接字，并且如果一个它struct socket绑定到了一个struct
inode节点上的话，相应的struct inode也会被释放。

网络编程

socket详解

一. 简述

协议族

socket类型

指定协议

返回值

一个服务端能跑多少个socket

其他文章