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；
一、socket编程接口
基本的socket函数
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，其中与socket有关的如下：
socket()：创建socket
bind()：绑定socket到本地地址和端口，通常由服务端调用
listen()：TCP专用，开启监听模式
accept()：TCP专用，服务器等待客户端连接，一般是阻塞态
connect()：TCP专用，客户端主动连接服务器
send()：TCP专用，发送数据
recv()：TCP专用，接收数据
sendto()：UDP专用，发送数据到指定的IP地址和端口
recvfrom()：UDP专用，接收数据，返回数据远端的IP地址和端口
closesocket()：关闭socket
二、系统调用过程
系统调用的执行过程主要包括如下图所示的两个阶段：用户空间到内核空间的转换阶段，以及系统调用处理程序system_call函数到系统调用服务例程的阶段。
（1）用户空间到内核空间。
如图所示，系统调用的执行需要一个用户空间到内核空间的状态转换，不同的平台具有不同的指令可以完成这种转换，这种指令也被称作操作系统陷入（operating system trap）指令。
Linux通过软中断来实现这种陷入，具体对于X86架构来说，是软中断0x80，也即int $0x80汇编指令。软中断和我们常说的中断（硬件中断）不同之处在于-它由软件指令触发而并非由硬件外设引发。
int 0x80指令被封装在C库中，对于用户应用来说，基于可移植性的考虑，不应该直接调用int $0x80指令。陷入指令的平台依赖性，也正是系统调用需要在C库进行封装的原因之一。
通过软中断0x80，系统会跳转到一个预设的内核空间地址，它指向了系统调用处理程序（不要和系统调用服务例程相混淆），即在arch/i386/kernel/entry.S文件中使用汇编语言编写的system_call函数。
（2）system_call函数到系统调用服务例程。
很显然，所有的系统调用都会统一跳转到这个地址进而执行system_call函数，到2.6.23版为止，内核提供的系统调用已经达到了325个，那么system_call函数又该如何派发它们到各自的服务例程呢？
软中断指令int 0x80执行时，系统调用号会被放入eax寄存器，同时，sys_call_table每一项占用4个字节。这样，如图所示，system_call函数可以读取eax寄存器获得当前系统调用的系统调用号，将其乘以4生成偏移地址，然后以sys_call_table为基址，基址加上偏移地址所指向的内容即是应该执行的系统调用服务例程的地址。
三、用gdb追踪分析socket接口内核处理函数
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Menu OS系统，即通过在Menu OS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。
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.0.1/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -append nokaslr -s
然后打开一个新的终端，用gdb连接Menu OS服务器，端口1234，开始调试Menu OS系统：
gdb file linux-5.0.1/vmlinux target remote:1234
通过break sys_bind,sys_listen设置断点。
看相应的内核处理函数，只需在断点处输入list即可，比如__sys_listen和__sys_bind源码如下：
int __sys_listen(int fd, int backlog)
{
struct socket *sock;
int err, fput_needed;
int somaxconn;
sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);
if (sock) {
somaxconn = sock_net(sock->sk)->core.sysctl_somaxconn;
if ((unsigned int)backlog > somaxconn)
backlog = somaxconn;
err = security_socket_listen(sock, backlog);
if (!err)
err = sock->ops->listen(sock, backlog);
fput_light(sock->file, fput_needed);
}
return err;
}
int __sys_bind(int fd, struct sockaddr __user *umyaddr, int addrlen) { struct socket *sock; struct sockaddr_storage address; int err, fput_needed; sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed); if (sock) { err = move_addr_to_kernel(umyaddr, addrlen, &address); if (!err) { err = security_socket_bind(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen); if (!err) err = sock->ops->bind(sock, (struct sockaddr *) &address, addrlen); } fput_light(sock->file, fput_needed); } return err; }