Socket与系统调用深度分析

实验要求：

• Socket API编程接口之上可以编写基于不同网络协议的应用程序；
• Socket接口在用户态通过系统调用机制进入内核；
• 内核中将系统调用作为一个特殊的中断来处理，以socket相关系统调用为例进行分析；
• socket相关系统调用的内核处理函数内部通过“多态机制”对不同的网络协议进行的封装方法；

　　请将Socket API编程接口、系统调用机制及内核中系统调用相关源代码、 socket相关系统调用的内核处理函数结合起来分析，并在X86 64环境下Linux5.0以上的内核中进一步跟踪验证。

实验环境：vmware下的ubuntu16.04虚拟机

基于内核：linux 5.0.1

内核编译方式：x86-64

内核位置：

~/MenuOS/linux-5.0.1

一、linux socket编程接口

1、 socket套接字：
socket起源于Unix，而Unix/ Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现， socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）. 说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层， 它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
注意：其实socket也没有层的概念，它只是一个facade设计模式的应用，让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中，我们大量用的都是通过socket实现的。

2、套接字描述符

其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr

套接字API最初是作为UNIX操作系统的一部分而开发的，所以套接字API与系统的其他I/O设备集成在一起。特别是，当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字（socket）时，操作系统就返回一个小整数作为描述符（descriptor）来标识这个套接字。然后，应用程序以该描述符作为传递参数，通过调用函数来完成某种操作（例如通过网络传送数据或接收输入的数据）。
在许多操作系统中，套接字描述符和其他I/O描述符是集成在一起的，所以应用程序可以对文件进行套接字I/O或I/O读/写操作。
当应用程序要创建一个套接字时，操作系统就返回一个小整数作为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序可以用它来读写文件。下图显示，操作系统如何把文件描述符实现为一个指针数组，这些指针指向内部 数据结构。

对于每个程序系统都有一张单独的表。精确地讲，系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符，并在以后操作该文件时使用它。操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表，通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。
** 针对套接字的系统数据结构：**
1）、套接字API里有个函数socket，它就是用来创建一个套接字。套接字设计的总体思路是，单个系统调用就可以创建任何套接字，因为套接字是相当笼统的。一旦套接字创建后，应用程序还需要调用其他函数来指定具体细节。例如调用socket将创建一个新的描述符条目：

 

2）、虽然套接字的内部数据结构包含很多字段，但是系统创建套接字后，大多数字字段没有填写。应用程序创建套接字后在该套接字可以使用之前，必须调用其他的过程来填充这些字段。
3、文件描述符和文件指针的区别：

文件描述符：在linux系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的正整数。每个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针。
文件指针：C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称作文件句柄）。
详细内容请看linux文件系统：http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/6122513#t7

4、基本的SOCKET接口函数

在生活中，A要电话给B，A拨号，B听到电话铃声后提起电话，这时A和B就建立起了连接，A和B就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 打电话很简单解释了这工作原理：“open—write/read—close”模式。

服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
  **这些接口的实现都是内核来完成。具体如何实现，可以看看linux的内核**

4.1、socket()函数
int socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfd

 sockfd是描述符。

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。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等等（socket的类型有哪些？）。
protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
4.2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数的三个参数分别为：
sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};
ipv6对应的是： 
 struct sockaddr_in6 { 
    sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
    in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
};

struct in6_addr { 
    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
};
Unix域对应的是： 
 #define UNIX_PATH_MAX    108

struct sockaddr_un { 
    sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
    char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
};

addrlen：对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

4.3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
4.4、accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回连接connect_fd

参数sockfd
参数sockfd就是上面解释中的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器连接时，它使用这个一个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。
参数addr
这是一个结果参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，当然这个地址是通过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣，那么可以把这个值设置为NULL。
参数len
如同大家所认为的，它也是结果的参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节个数。同样的，它也可以被设置为NULL。

如果accept成功返回，则服务器与客户已经正确建立连接了，此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。
注意：
accept默认会阻塞进程，直到有一个客户连接建立后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是连接套接字。
此时我们需要区分两种套接字，
监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd，它是监听套接字，在调用listen函数之后，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字(监听套接字)
连接套接字：一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字；而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)，它代表着一个网络已经存在的点点连接。
一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。
自然要问的是：为什么要有两种套接字？原因很简单，如果使用一个描述字的话，那么它的功能太多，使得使用很不直观，同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。
连接套接字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一样的端口号
4.5、read()、write()等函数
万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下：

 #include 

 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

 #include 
 #include 

  size_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。
其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。
4.6、close()函数
在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

二、系统调用机制

1. 什么是系统调用

简单来说，系统调用就是用户程序和硬件设备之间的桥梁。

用户程序在需要的时候，通过系统调用来使用硬件设备。

系统调用的存在，有以下重要的意义:

1）用户程序通过系统调用来使用硬件，而不用关心具体的硬件设备，这样大大简化了用户程序的开发。

比如：用户程序通过write()系统调用就可以将数据写入文件，而不必关心文件是在磁盘上还是软盘上，或者其他存储上。

2）系统调用使得用户程序有更好的可移植性。

只要操作系统提供的系统调用接口相同，用户程序就可在不用修改的情况下，从一个系统迁移到另一个操作系统。

3）系统调用使得内核能更好的管理用户程序，增强了系统的稳定性。

因为系统调用是内核实现的，内核通过系统调用来控制开放什么功能及什么权限给用户程序。

这样可以避免用户程序不正确的使用硬件设备，从而破坏了其他程序。

4）系统调用有效的分离了用户程序和内核的开发。

用户程序只需关心系统调用API，通过这些API来开发自己的应用，不用关心API的具体实现。

内核则只要关心系统调用API的实现，而不必管它们是被如何调用的。

用户程序，系统调用，内核，硬件设备的调用关系如下图：

2. Linux上的系统调用实现原理

要想实现系统调用，主要实现以下几个方面：

1. 通知内核调用一个哪个系统调用

2. 用户程序把系统调用的参数传递给内核

3. 用户程序获取内核返回的系统调用返回值

下面看看Linux是如何实现上面3个功能的。

2.1 通知内核调用一个哪个系统调用

每个系统调用都有一个系统调用号，系统调用发生时，内核就是根据传入的系统调用号来知道是哪个系统调用的。

在x86架构中，用户空间将系统调用号是放在eax中的，系统调用处理程序通过eax取得系统调用号。

系统调用号定义在内核代码：arch/alpha/include/asm/unistd.h 中，可以看出linux的系统调用不是很多。

2.2 用户程序把系统调用的参数传递给内核

系统调用的参数也是通过寄存器传给内核的，在x86系统上，系统调用的前5个参数放在ebx,ecx,edx,esi和edi中，如果参数多的话，还需要用个单独的寄存器存放指向所有参数在用户空间地址的指针。

一般的系统调用都是通过C库(最常用的是glibc库)来访问的，Linux内核提供一个从用户程序直接访问系统调用的方法。

参见内核代码：arch/cris/include/arch-v10/arch/unistd.h

里面定义了6个宏，分别可以调用参数个数为0～6的系统调用

_syscall0(type,name)

_syscall1(type,name,type1,arg1)

_syscall2(type,name,type1,arg1,type2,arg2)

_syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3)

_syscall4(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4)

_syscall5(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5)

_syscall6(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5,type6,arg6)

超过6个参数的系统调用很罕见，所以这里只定义了6个。

2.3 用户程序获取内核返回的系统调用返回值

获取系统调用的返回值也是通过寄存器，在x86系统上，返回值放在eax中。

3、系统调用表与系统调用号——数组与下标

　　文件~/kernel/linux-5.0.1/arch/sh/include/uapi/asm/unistd_64.h为每个系统调用规定了唯一的编号。

 gedit ~/LinuxKernel/linux-5.0.1/arch/sh/include/uapi/asm/unistd_64.h

系统调用表记录了各个系统调用处理函数的入口地址，以系统调用号为偏移量很容易的能够在该表中找到对应处理函数地址。在linux/include/linux/sys.h中定义的NR_syscalls表示该表能容纳的最大系统调用数，NR_syscalls=256。

系统调用表的定义方式如下：（linux/arch/i386/kernel/entry.S）

ENTRY(sys_call_table)

.longSYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)

.longSYMBOL_NAME(sys_exit)

.longSYMBOL_NAME(sys_fork)

.longSYMBOL_NAME(sys_read)

.longSYMBOL_NAME(sys_write)

......

 

系统调用的关键问题是：从用户模式到内核模式的转换、堆栈的切换、参数的传递。

具体怎样通过中断处理函数实现系统调用，如下文详细介绍。

1、在系统启动时，对INT0x80进行初始化，下面将描述其过程：

 1.1、调用汇编子程序setup_idt（linux/arch/i386/kernel/head.S）初始化中断描述符表，这时所有中断入口函数偏移地址都被设为ignore_int；

 1.2、调用Start_kernel()(linux/init/main.c)时，Start_kernel()会调用trap_init()(linux/arch/i386/kernel/trap.c)函数设置中断描述符表。在该函数里，实际上是通过调用函数set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call)来完成该项的设置的。其中的SYSCALL_VECTOR就是0x80，而system_call则是一个汇编子函数，它即是中断0x80的处理函数。

2、线程调用“系统调用函数”时，产生1个0x80的软中断。

3、中断执行函数system_call()中，实际完成了以下几条操作：

 3.1、执行SAVE_ALL，首先获取当前线程的内核栈空间地址；把当前用户栈空间地址保存在到内核栈中；设置栈指针寄存器内容为内核栈空间地址；

 3.2、然后可以执行系统调用的处理函数(系统调用表中的系统调用处理函数，eg:sys_fork(),sys_read()等)，并访问内核空间的内存地址了。

 3.3、执行RESTORE_ALL，来弹出所有被SAVE_ALL压入核心栈的内容，并恢复用户态；

 三、socket相关系统调用的内核处理函数跟踪分析

        本次的socket系统调用内核处理函数的跟踪分析基于上次构建的MenuOS系统，即通过在MenuOS系统上运行TCP客户端/服务器程序，然后用gdb设置断点来跟踪分析socket内核处理函数。

　　先以调试模式运行MenuOS系统：

在跟踪socket系统调用内核处理函数之前，先设置之前讲的x86-64位下的系统调用过程，看行不行得通：

四个断点都出现了，再次验证了x86-64位系统下的系统调用初始化过程：start_kernel --> trap_init --> cpu_init --> syscall_init，这便是linux x86-64位系统调用的通用过程，由于本次实验主要分析socket系统调用及内核处理函数的源码，所以对这四个通用的系统调用便不再分析了，下面主要通过设置断点跟踪socket相关函数：

查看MenuOS目录下linuxnet的主要组成源文件main.c

在开始跟踪之前有必要看看main.c中的服务端replyhi和客户端hello是如何通过socket通信的，打开test.c和hello.c，查看socket通信的主要部分:

#include"syswrapper.h"
#define MAX_CONNECT_QUEUE   1024
int Replyhi()
{
    char szBuf[MAX_BUF_LEN] = "\0";
    char szReplyMsg[MAX_BUF_LEN] = "hi\0";
    InitializeService();
    while (1)
    {
        ServiceStart();
        RecvMsg(szBuf);
        SendMsg(szReplyMsg);
        ServiceStop();
    }
    ShutdownService();
    return 0;
}

int StartReplyhi(int argc, char *argv[])
{
    int pid;
    /* fork another process */
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        /* error occurred */
        fprintf(stderr, "Fork Failed!");
        exit(-1);
    }
    else if (pid == 0)
    {
        /*     child process     */
        Replyhi();
        printf("Reply hi TCP Service Started!\n");
    }
    else
    {
        /*     parent process     */
        printf("Please input hello...\n");
    }
}

int Hello(int argc, char *argv[])
{
    char szBuf[MAX_BUF_LEN] = "\0";
    char szMsg[MAX_BUF_LEN] = "hello\0";
    OpenRemoteService();
    SendMsg(szMsg);
    RecvMsg(szBuf);
    CloseRemoteService();
    return 0;
}

可以看到Replyhi里调用了先后调用了 InitializeService()、ServiceStart()、RecvMsg()、SendMsg()、ServiceStop()、shutdownService()；Hello先后调用了OpenRemoteService()、SendMsg()、RecvMsg()、CloseRemoteService()；那这些函数里面又调用了什么socket接口呢，再看看头文件 syswrapper.h里面定义了什么吧：

#define PORT                5001
#define IP_ADDR             "127.0.0.1"
#define MAX_BUF_LEN         1024

/* private macro */
#define PrepareSocket(addr,port)                        \
        int sockfd = -1;                                \
        struct sockaddr_in serveraddr;                  \
        struct sockaddr_in clientaddr;                  \
        socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr);   \
        serveraddr.sin_family = AF_INET;                \
        serveraddr.sin_port = htons(port);              \
        serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(addr);   \
        memset(&serveraddr.sin_zero, 0, 8);             \
        sockfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
        
#define InitServer()                                    \
        int ret = bind( sockfd,                         \
                        (struct sockaddr *)&serveraddr, \
                        sizeof(struct sockaddr));       \
        if(ret == -1)                                   \
        {                                               \
            fprintf(stderr,"Bind Error,%s:%d\n",        \
                            __FILE__,__LINE__);         \
            close(sockfd);                              \
            return -1;                                  \
        }                                               \
        listen(sockfd,MAX_CONNECT_QUEUE); 

#define InitClient()                                    \
        int ret = connect(sockfd,                       \
            (struct sockaddr *)&serveraddr,             \
            sizeof(struct sockaddr));                   \
        if(ret == -1)                                   \
        {                                               \
            fprintf(stderr,"Connect Error,%s:%d\n",     \
                __FILE__,__LINE__);                     \
            return -1;                                  \
        }
/* public macro */               
#define InitializeService()                             \
        PrepareSocket(IP_ADDR,PORT);                    \
        InitServer();
        
#define ShutdownService()                               \
        close(sockfd);
         
#define OpenRemoteService()                             \
        PrepareSocket(IP_ADDR,PORT);                    \
        InitClient();                                   \
        int newfd = sockfd;
        
#define CloseRemoteService()                            \
        close(sockfd); 
              
#define ServiceStart()                                  \
        int newfd = accept( sockfd,                     \
                    (struct sockaddr *)&clientaddr,     \
                    &addr_len);                         \
        if(newfd == -1)                                 \
        {                                               \
            fprintf(stderr,"Accept Error,%s:%d\n",      \
                            __FILE__,__LINE__);         \
        }        
#define ServiceStop()                                   \
        close(newfd);
        
#define RecvMsg(buf)                                    \
       ret = recv(newfd,buf,MAX_BUF_LEN,0);             \
       if(ret > 0)                                      \
       {                                                \
            printf("recv \"%s\" from %s:%d\n",          \
            buf,                                        \
            (char*)inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),      \
            ntohs(clientaddr.sin_port));                \
       }
       
#define SendMsg(buf)                                    \
        ret = send(newfd,buf,strlen(buf),0);            \
        if(ret > 0)                                     \
        {                                               \
            printf("send \"hi\" to %s:%d\n",            \
            (char*)inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),      \
            ntohs(clientaddr.sin_port));                \
        }
        

通过查看syswrapper.h的源码可以得到基于TCP的replyhi和hello的通信过程：即replyhi先后调用了linux socket接口中的socket()、bind()、listen()、accept()、recv()、send()、close()；hello先后调用了socket()、connect()、send()、recv()、close()。

用GDB追踪分析socket接口内核处理函数

先运行MenuOS系统，

qemu-system-x86_64 -kernel ../../linux-5.0.1/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img

打开一个新的命令行，用gdb连接Menu OS服务器，端口1234，开始调试MenuOS系统，先设置断点：由于不知道用的哪个send和recv内核处理函数，所以多设置两个关于send、rec的断点，设置完断点然后查看：

现在在gdb中按c运行MenuOS，然后打开服务器，即输入replyhi，

可看到服务器在运行到第二个断点__sys_bind函数出停止，在gdb中输入list可以看到函数源代码，继续往下运行，

可以发现replyhi一直运行到__sys_accept4处停止，等待MenuOS继续运行，这时候服务端已经调用__sys_accept4，准备好接受客户端的连接请求了，现在需要在MenuOS中输入hello打开控制台，如下图所示：

可以发现，gdb又捕捉到了__sys_socket断点，这次应该是客户端hello的__sys_socket内核处理函数，然后继续执行c命令，可以发现调用了__sys_sendto函数将hello信息从客户端传入到服务器，可以看出Linux下的socket通信过程与TCP下的C/S socket通信过程大致一样，如果想看相应的内核处理函数，只需在断点处输入list即可，比如__sys_socket源码如下图所示：

参考链接：

https://blog.csdn.net/sxcpsxcp/article/details/7476510

https://www.jianshu.com/p/740596d7ecff?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation

https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/8261174.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__sys_sendto