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TCP/IP源码学习(47)——socket与VFS的关联(1)

更新时间：2022-04-17 13:10:40

作者：gfree.wind@gmail.com
博客：blog.focus-linux.net   linuxfocus.blog.chinaunix.net 
 
本文的copyleft归gfree.wind@gmail.com所有，使用GPL发布，可以***拷贝，转载。但转载请保持文档的完整性，注明原作者及原链接，严禁用于任何商业用途。
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今天学习一下socket与VFS之间的关系。

对于socket编程，我们都知道socket也是一个文件描述符，那么socket与VFS之间究竟是如何关联的呢？

首先，创建socket的函数，socket.c的函数SYSCALL_DEFINE3(socket, int, family, int, type, int, protocol)在成功创建了socket以后，通过函数sock_map_fd，将创建的struct socket结构映射为一个文件描述符。

  1.     /* sock为成功创建的struct socket *sock类型， 而retval为映射后的文件描述符 */
  2.     retval = sock_map_fd(sock, flags & (O_CLOEXEC | O_NONBLOCK));
  3.     if (retval 0)
  4.         goto out_release;
进入sock_map_fd
  1. int sock_map_fd(struct socket *sock, int flags)
  2. {
  3.     struct file *newfile;
  4.     /* 将sock映射为一个文件描述符fd */
  5.     int fd = sock_alloc_file(sock, &newfile, flags);

     /* 映射成功后，将fd加入到当前进程的文件描述符表中 */
  1.     if (likely(fd >= 0))
  2.         fd_install(fd, newfile);

  4.     return fd;
  5. }
进入sock_alloc_file，
  1. static int sock_alloc_file(struct socket *sock, struct file **f, int flags)
  2. {
  3.     struct qstr name = { .name = "" };
  4.     struct path path;
  5.     struct file *file;
  6.     int fd;
      
     /* 
     该函数名字稍微有点晦涩。看上去像是获得fd_flags，但是实际上是获得fd。
     我个人觉得名字叫做get_unused_fd_with_flags更好一些，这样还是突出是获得fd
     */
  1.     fd = get_unused_fd_flags(flags);
  2.     if (unlikely(fd 0))
  3.         return fd;

     /* 
     申请新的dentry，用socket对应的inode——该inode实际上是与socket同时申请下来的，参见struct socket_      alloc结构，
     初始化该dentry。
     sock_mnt为一个全局变量，为sockfs的文件系统挂载点。
     */
  1.     path.dentry = d_alloc(sock_mnt->mnt_sb->s_root, &name);
  2.     if (unlikely(!path.dentry)) {
  3.         put_unused_fd(fd);
  4.         return -ENOMEM;
  5.     }
  6.     path.mnt = mntget(sock_mnt);
    
     /* 
     将sockfs的dentry操作函数，和文件操作函数分别绑定到dentry和inode上。
     这样即完成VFS的统一调用。
     */
  1.     path.dentry->d_op = &sockfs_dentry_operations;
  2.     d_instantiate(path.dentry, SOCK_INODE(sock));
  3.     SOCK_INODE(sock)->i_fop = &socket_file_ops;
      
     /* 申请file，并将前面的dentry path与file关联起来 */
  1.     file = alloc_file(&path, FMODE_READ | FMODE_WRITE,
  2.          &socket_file_ops);
  3.     if (unlikely(!file)) {
  4.         /* drop dentry, keep inode */
  5.         atomic_inc(&path.dentry->d_inode->i_count);
  6.         path_put(&path);
  7.         put_unused_fd(fd);
  8.         return -ENFILE;
  9.     }

  11.     sock->file = file;
  12.     file->f_flags = O_RDWR | (flags & O_NONBLOCK);
  13.     file->f_pos = 0;
  14.     file->private_data = sock;

  16.     *f = file;
  17.     return fd;
  18. }
进入get_unused_fd_flags->alloc_fd
  1. */
  2. int alloc_fd(unsigned start, unsigned flags)
  3. {
  4.     struct files_struct *files = current->files;
  5.     unsigned int fd;
  6.     int error;
  7.     struct fdtable *fdt;
     
  1.     spin_lock(&files->file_lock);
  2. repeat:
  3.     /* 得到该进程的文件描述符表 */
  4.     fdt = files_fdtable(files);
  5.     /* 从start开始查找 */
  6.     fd = start;
  7.     /* 
  8.     files->next_fd为上一次查找确定的下一个可用空闲的文件描述符。
  9.     那么这次可以直接使用next_fd
  10.     */
  11.     if (fd files->next_fd)
  12.         fd = files->next_fd;

     /* 当fd小于目前进程支持的最大的描述符号，那么可以通过fds_bits位图，从fd位开始查找，
     找到下一个0位，即下一个空闲描述符。
     */
  1.     if (fd fdt->max_fds)
  2.         fd = find_next_zero_bit(fdt->open_fds->fds_bits,
  3.                      fdt->max_fds, fd);
  1.     /* 如需要则扩展文件描述符表 */
  2.     error = expand_files(files, fd);
  3.     if (error 0)
  4.         goto out;

  6.     /*
  7.      * If we needed to expand the fs array we
  8.      * might have blocked - try again.
  9.      */
  10.     if (error)
  11.         goto repeat;
     
     /* 
     设置next_fd，用于下次加速查找空闲的fd。
     当start大于next_fd时，不会设置next_fd以避免文件描述符的不连续
     */
  1.     if (start = files->next_fd)
  2.         files->next_fd = fd + 1;

     /* 将fd添加到已打开的文件描述符表中 */
  1.     FD_SET(fd, fdt->open_fds);
  2.     if (flags & O_CLOEXEC)
  3.         FD_SET(fd, fdt->close_on_exec);
  4.     else
  5.         FD_CLR(fd, fdt->close_on_exec);
  6.     error = fd;
  7. #if 1
  8.     /* Sanity check */
  9.     if (rcu_dereference_raw(fdt->fd[fd]) != NULL) {
  10.         printk(KERN_WARNING "alloc_fd: slot %d not NULL!\n", fd);
  11.         rcu_assign_pointer(fdt->fd[fd], NULL);
  12.     }
  13. #endif

  15. out:
  16.     spin_unlock(&files->file_lock);
  17.     return error;
  18. }
今天是socket如何挂载到VFS的流程，还剩下一小部分这个流程的代码。下一次会将剩下的代码学习完毕，以及如何从VFS到socket流程。



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