引言
   在Unix的世界里，萬(wàn)物皆文件，通過(guò)虛擬文件系統(tǒng)VFS，程序可以用標(biāo)準(zhǔn)的Unix系統(tǒng)調(diào)用對(duì)不同的文件系統(tǒng)，甚至不同介質(zhì)上的文件系統(tǒng)進(jìn)行讀寫操作。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)套接字socket也是如此，除了專屬的Berkeley Sockets API，還支持一些標(biāo)準(zhǔn)的文件IO系統(tǒng)調(diào)用如read(v)、write(v)和close等。那么為什么socket也支持文件IO系統(tǒng)調(diào)用呢？在Linux上，這是通過(guò)套接口偽文件系統(tǒng)sockfs來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閟ockfs實(shí)現(xiàn)了VFS中的4種主要對(duì)象：超級(jí)塊super block、索引節(jié)點(diǎn)inode、目錄項(xiàng)對(duì)象dentry和文件對(duì)象file，當(dāng)執(zhí)行文件IO系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，VFS就將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給sockfs，而sockfs就調(diào)用特定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，層次結(jié)構(gòu)如下圖：

   本文以linux 2.6.34實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，本篇闡述初始化和Socket創(chuàng)建兩部分的實(shí)現(xiàn)，下篇闡述Socket操作和銷毀兩部分的實(shí)現(xiàn)。

初始化

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   在內(nèi)核引導(dǎo)時(shí)初始化網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)用sock_init，該函數(shù)主要步驟如下：創(chuàng)建inode緩存，注冊(cè)和裝載sockfs，定義在net/socket.c中。

1static int __init sock_init(void)
2{
3    
4    init_inodecache();
5    register_filesystem(&sock_fs_type);
6    sock_mnt = kern_mount(&sock_fs_type);
7    
8}

   
   創(chuàng)建inode緩存
   init_inodecache為socket_alloc對(duì)象創(chuàng)建SLAB緩存，名稱為sock_inode_cachep，socket_alloc定義在include/net/sock.h中。

1struct socket_alloc {
2    struct socket socket;
3    struct inode vfs_inode;
4};

   sock_fs_type包含了文件系統(tǒng)sockfs的名稱、創(chuàng)建和銷毀super block的函數(shù)，其中sockfs_get_sb實(shí)現(xiàn)在net/socket.c中。    它在kern_mount內(nèi)被執(zhí)行，通過(guò)調(diào)用get_sb_pseudo創(chuàng)建了一個(gè)super block(包含一個(gè)對(duì)應(yīng)dentry及一個(gè)關(guān)聯(lián)inode)：操作對(duì)象為sockfs_ops，根目錄名稱為socket:，對(duì)應(yīng)的根索引節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1。
   sockfs_ops定義在net/socket.c中。    sock_alloc_inode用于分配inode對(duì)象，將在socket創(chuàng)建過(guò)程中被調(diào)用；sock_destroy_inode用于釋放inode對(duì)象，將在socket銷毀過(guò)程中被調(diào)用；simple_statfs用于獲取sockfs文件系統(tǒng)的狀態(tài)信息。
   
   裝載sockfs
   由kern_mount函數(shù)實(shí)現(xiàn)裝載一個(gè)偽文件系統(tǒng)（當(dāng)然，它沒(méi)有裝載點(diǎn)），返回一個(gè)static vfsmount對(duì)象sock_mnt。

   經(jīng)過(guò)以上步驟后，所創(chuàng)建的VFS對(duì)象關(guān)系如下圖：
    對(duì)于根目錄項(xiàng)，不用進(jìn)行路徑轉(zhuǎn)換，因此dentry的d_op為空（未畫出）；對(duì)于偽文件系統(tǒng)，操作索引對(duì)象沒(méi)有意義，所以inode的i_op為空（未畫出）。

Socket創(chuàng)建

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   系統(tǒng)調(diào)用socket、accept和socketpair是用戶空間創(chuàng)建socket的幾種方法，其核心調(diào)用鏈如下圖：
   從上圖可知共同的核心就3個(gè)過(guò)程：先構(gòu)造inode，再構(gòu)造對(duì)應(yīng)的file，最后安裝file到當(dāng)前進(jìn)程中（即關(guān)聯(lián)映射到一個(gè)未用的文件描述符）,下面就這3個(gè)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

   構(gòu)造inode
   由sock_alloc函數(shù)實(shí)現(xiàn)，定義在net/socket.c中。    先調(diào)用new_inode創(chuàng)建inode對(duì)象，再設(shè)置它的類型為S_IFSOCK，由此可知inode對(duì)應(yīng)的文件類型為套接字。new_inode是文件系統(tǒng)的一個(gè)接口函數(shù)，用于創(chuàng)建一個(gè)inode對(duì)象，定義在fs/inode.c中，它調(diào)用了sockfs超級(jí)塊的操作對(duì)象即sockfs_ops的sock_alloc_inode方法，由于sock_alloc_inode實(shí)際創(chuàng)建的是socket_alloc復(fù)合對(duì)象，因此要使用SOCKET_I宏從inode中取出關(guān)聯(lián)的socket對(duì)象用于返回。

   構(gòu)造file
   有了inode對(duì)象后，接下來(lái)就要構(gòu)造對(duì)應(yīng)的file對(duì)象了，由sock_alloc_file實(shí)現(xiàn)，定義在net/socket.c中。    sock為上一過(guò)程返回的套接字對(duì)象，該函數(shù)主要做了以下幾件事：
   1）得到空閑的文件描述符fd，實(shí)際上就是fd數(shù)組的索引，準(zhǔn)備作為返回值。
   2）先初始化路徑path：其目錄項(xiàng)的父目錄項(xiàng)為超級(jí)塊對(duì)應(yīng)的根目錄，名稱為空，操作對(duì)象為sockfs_dentry_operations，對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象為sock套接字關(guān)聯(lián)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象，即SOCK_INODE(sock)；裝載點(diǎn)為sock_mnt。  
   sockfs_dentry_operations定義在net/socket.c中。
   sockfs_dname會(huì)被d_path調(diào)用，用于計(jì)算socket對(duì)象的目錄項(xiàng)名稱。
   3）設(shè)置索引節(jié)點(diǎn)的文件操作對(duì)象為socket_file_ops，定義在net/socket.c中。
   4）調(diào)用alloc_file，以path和socket_file_ops為輸入?yún)?shù)，這樣返回得到的file便與sock的inode關(guān)聯(lián)上了，并且操作對(duì)象為socket_file_ops，最后設(shè)置到輸出參數(shù)f中。
   5）建立file與socket的一一映射關(guān)系。
   
   安裝file
   由fd_install實(shí)現(xiàn)，定義在fs/open.c中。
   fd和file分別為上一過(guò)程返回的空閑文件描述符和文件對(duì)象，使RCU技術(shù)來(lái)設(shè)置file到當(dāng)前進(jìn)程的fd數(shù)組中。
 
   經(jīng)過(guò)以上過(guò)程后，所創(chuàng)建的VFS對(duì)象關(guān)系圖如下
   fd為file*數(shù)組的索引而不是成員字段；vfsmount與初始化之VFS對(duì)象關(guān)系圖中的vfsmount是同一個(gè)對(duì)象，即sock_mnt；對(duì)于偽文件系統(tǒng)，操作索引對(duì)象沒(méi)有意義，所以inode的i_op為空（未畫出）。