Socket，原意插座、插口。写软件程序时，可以想象成一根网线，一头插在客户端，一头插在服务端，然后进行通信。所以通信前，双方都要建立一个Socket。

Socket编程进行的是端到端的通信，意识不到中间经过多少局域网、路由器，因而能设置参数，也只能是端到端协议之上网络层和传输层的。

在网络层，Socket函数需要指定IPv4 or IPv6，分别对应设置为：

• AF_INET
• AF_INET6

还要指定到底是TCP还是UDP：

• TCP协议是基于数据流的，所以设置为SOCK_STREAM
• UDP是基于数据报的，因而设置为SOCK_DGRAM

基于TCP协议的Socket程序函数调用过程

两端创建了Socket之后，接下来的过程中，TCP和UDP稍有不同，我们先来看TCP。

TCP的服务端要先监听一个端口，一般是先调用bind函数，给这个Socket赋予一个IP地址和端口。

为什么需要端口？

一个应用程序，当一个网络包来了，内核要通过TCP头里面的这个端口，找到你这个应用程序，把包给你。

为什么要IP地址？

有时一台机器会有多个网卡，就会有多个IP地址。可以选择监听所有网卡，也可以选择监听一个网卡，这样，只有发给这个网卡的包，才会给你。

当服务端有了IP和端口号，就能调用listen函数进行监听。服务端就进入listen状态，这时客户端即可发起连接。

在内核中，为每个Socket维护两个队列：

• 已经建立了连接的队列，这时候连接三次握手已经完毕，处于established状态
• 还没有完全建立连接的队列，这时三次握手还没完成，处于syn_rcvd状态。

接着服务端调用accept函数，拿出一个已完成的连接进行处理。若还没完成，就要等着。

在服务端等待时，客户端可通过connect函数发起连接：

• 先在参数中指明要连接的IP地址和端口号
• 然后开始发起三次握手
  内核会给客户端分配一个临时端口。一旦握手成功，服务端的accept就会返回另一个Socket

监听的Socket和真正用来传数据的Socket是两个：

• 监听Socket
• 已连接Socket

连接建立成功之后，双方开始通过read和write函数来读写数据，就像往一个文件流里面写东西一样。

基于TCP协议的Socket程序函数调用过程。

TCP的Socket就是一个文件流，因为Socket在Linux中是以文件形式存在。

写入和读出都是通过文件描述符（后文简称为 fd）。

在内核中，Socket是一个文件，那对应就有fd。

每个进程都有一个数据结构task_struct，里面指向一个fd数组，列出该进程打开的所有文件的fd。

fork 之后，就会创建个该结构：

/

struct task_struct {
/* these are hardcoded - don't touch */
  long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
  long counter;
  long priority;
  long signal;
  fn_ptr sig_restorer;
  fn_ptr sig_fn[32];
/* various fields */
  int exit_code;
  unsigned long end_code,end_data,brk,start_stack;
  long pid,father,pgrp,session,leader;
  unsigned short uid,euid,suid;
  unsigned short gid,egid,sgid;
  long alarm;
  long utime,stime,cutime,cstime,start_time;
  unsigned short used_math;
/* file system info */
  int tty;    /* -1 if no tty, so it must be signed */
  unsigned short umask;
  struct m_inode * pwd;
  struct m_inode * root;
  unsigned long close_on_exec;
  struct file * filp[NR_OPEN];
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */
  struct desc_struct ldt[3];
/* tss for this task */
  struct tss_struct tss;
};

fd是个整数，是这个数组的下标。

数组内容是个指针，指向内核中所有打开的文件的列表。是文件，就会有个inode，Socket对应的inode不像真正的文件系统保存在硬盘，而是在内存。在这个inode，指向了Socket在内核中的Socket结构。

这个结构里面，主要是两个队列：

• 发送队列
• 接收队列

这两个队列里保存的是一个缓存sk_buff。该缓存能够看到完整的包结构。

基于UDP协议的Socket程序函数调用过程

UDP没有连接，所以无需三次握手，即无需调用listen、connect。

但UDP的的交互仍需IP、端口号，因而也需要bind。

UDP没有维护连接状态，因而无需每对连接都建立一组Socket，只要有一个Socket就能和多个客户端通信。

正因为没有连接状态，每次通信时，都调用sendto、recvfrom，都可以传入IP地址和端口。

基于UDP协议的Socket程序函数调用过程