socket的accept函数解析
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lxtiantian 发表于1年前
socket的accept函数解析
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 今天与同学争执一个话题:由于socket的accept函数在有客户端连接的时候产生了新的socket用于服务该客户端,那么,这个新的socket到底有没有占用一个新的端口?

    讨论完后,才发现,自己虽然熟悉socket的编程套路,但是却并不是那么清楚socket的原理,今天就趁这个机会,把有关socket编程的几个疑问给搞清楚吧。

    先给出一个典型的TCP/IP通信示意图。

                            

问题一:socket结构体对象究竟是怎样定义的?

   我们知道,在使用socket编程之前,需要调用socket函数创建一个socket对象,该函数返回该socket对象的描述符。

函数原型:int socket(int domain, int type, int protocol); 

   那么,这个socket对象究竟是怎么定义的呢?它记录了哪些信息呢?只记录了本机IP及端口、还是目的IP及端口、或者都记录了?

   关于这个问题,大家可以在内核源码里面找,也可以参考这篇文章《struct socket 结构详解》,我们可以看到 socket  结构体的定义如下: 

struct socket   
{   
    socket_state              state;   
    unsigned long             flags;   
    const struct proto_ops    *ops;   
    struct fasync_struct      *fasync_list;   
    struct file               *file;   
    struct sock               *sk;   
    wait_queue_head_t         wait;   
    short                     type;   
};   

  其中,struct sock 包含有一个 sock_common 结构体,而sock_common结构体又包含有struct inet_sock 结构体,而struct inet_sock 结构体的部分定义如下:

struct inet_sock   
{   
    struct sock     sk;   
#if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)   
    struct ipv6_pinfo   *pinet6;   
#endif   
    __u32           daddr;          //IPv4的目的地址。   
    __u32           rcv_saddr;      //IPv4的本地接收地址。   
    __u16           dport;          //目的端口。   
    __u16           num;            //本地端口(主机字节序)。  
    
…………      
} 

    由此,我们清楚了,socket结构体不仅仅记录了本地的IP和端口号,还记录了目的IP和端口。

问题二:connect函数究竟做了些什么操作?

   在TCP客户端,首先调用一个socket()函数,得到一个socket描述符socketfd,然后通过connect函数对服务器进行连接,连接成功后,就可以利用这个socketfd描述符使用send/recv函数收发数据了。

    关于connect函数和send函数的原型如下:

int connect( int sockfd, const struct sockaddr* server_addr, socklen_t addrlen)  
 
int send( int sockfd, const void *msg,int len,int flags); 

   那么,现在的困惑是,为什么send函数仅仅传入sockfd就可以知道服务器的ip和端口号? 

   其实,由“问题一”中的答案我们已经很清楚了,sockfd 描述符所描述的socket对象不仅包含了本地IP和端口,同时也包含了服务器的IP和端口,这样,才能使得send函数只需要传入sockfd 即可知道该把数据发向什么地方。而代码中,目的IP和端口只是在connect函数中出现过,因此,肯定是connect函数在成功建立连接后,将目的IP和端口写入了sockfd 描述符所描述的socket对象中。

问题三: accept函数产生的socket有没有占用新的端口?

    首先,回顾一下accept函数,原型如下:

int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* len)  

    accept函数主要用于服务器端,一般位于listen函数之后,默认会阻塞进程,直到有一个客户请求连接,建立好连接后,它返回的一个新的套接字 socketfd_new ,此后,服务器端即可使用这个新的套接字socketfd_new与该客户端进行通信,而sockfd 则继续用于监听其他客户端的连接请求。

    至此,我的困惑产生了,这个新的套接字 socketfd_new 与监听套接字sockfd 是什么关系?它所代表的socket对象包含了哪些信息?socketfd_new 是否占用了新的端口与客户端通信?

    先简单分析一番,由于网站的服务器也是一种TCP服务器,使用的是80端口,并不会因客户端的连接而产生新的端口给客户端服务,该客户端依然是向服务器端的80端口发送数据,其他客户端依然向80端口申请连接。因此,可以判断,socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信,依然使用的是与监听套接字socketfd_new一样的端口号。

    那这么说,难道一个端口可以被两个socket对象绑定?当客户端发送数据过来的时候,究竟是与哪一个socket对象通信呢?

    我是这么理解的(欢迎拍砖)。

    首先,一个端口肯定只能绑定一个socket。我认为,服务器端的端口在bind的时候已经绑定到了监听套接字socetfd所描述的对象上,accept函数新创建的socket对象其实并没有进行端口的占有,而是复制了socetfd的本地IP和端口号,并且记录了连接过来的客户端的IP和端口号。

    那么,当客户端发送数据过来的时候,究竟是与哪一个socket对象通信呢?

    客户端发送过来的数据可以分为2种,一种是连接请求,一种是已经建立好连接后的数据传输。由于TCP/IP协议栈是维护着一个接收和发送缓冲区的。在接收到来自客户端的数据包后,服务器端的TCP/IP协议栈应该会做如下处理:如果收到的是请求连接的数据包,则传给监听着连接请求端口的socetfd套接字,进行accept处理;如果是已经建立过连接后的客户端数据包,则将数据放入接收缓冲区。这样,当服务器端需要读取指定客户端的数据时,则可以利用socketfd_new 套接字通过recv或者read函数到缓冲区里面去取指定的数据(因为socketfd_new代表的socket对象记录了客户端IP和端口,因此可以鉴别)。

标签: accept
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