socket() 函数的内部机制是什么？答案

【问题标题】：What is the internal mechanics of socket() function?socket() 函数的内部机制是什么？
【发布时间】：2019-11-30 19:21:29
【问题描述】：

我正在尝试使用 BlueZ HCI 功能：

int hci_open_dev(int dev_id) {...}

它在内部尝试像这样创建一个套接字：

socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW | SOCK_CLOEXEC, BTPROTO_HCI);

我试图理解 socket() 的 linux 内核代码，但感到迷茫。

我想知道为给定域 (AF_BLUETOOTH)、数据传输类型 (SOCK_RAW) 和协议 (BTPROTO_HCI) 创建套接字到底意味着什么。

手册页只是声明它接受这些参数，创建一个套接字并返回一个设备描述符。

但我想了解究竟发生了什么以及创建套接字所涉及的确切内核步骤。

【问题讨论】：

如果你想知道确切的内核步骤，那么你必须阅读内核代码。既然你已经尝试过了，我不知道如何回答这个问题。即使要求对该过程进行概述也太宽泛了，因为它涉及到 1) 文件描述符如何工作，2) 协议栈如何工作，以及 3) 设备驱动程序如何工作的讨论。这些主题可以轻松填满一本书，或者一本书中至少 3 个章节。
很公平，但我想在某种抽象层次上理解，socket() 究竟是如何位于进行 socket() 系统调用的用户进程和硬件设备（在这种情况下为蓝牙芯片组）之间的.
我认为您已经阅读了bluetooth/af_bluetooth.c，但由于您没有提及该文件，因此您可能没有。
@Cheatah 我在搜索 AF_BLUETOOTH 域定义时查看了该文件。但遗憾的是无法将其中的信息上下文化。
我个人不会因为“太宽泛”而投票结束这个问题。回答它需要相当多的努力，但这是一个关于 Linux 上AF_BLUETOOTH 套接字的特定问题，因此我会说它是可以回答的。我不会付出必要的努力来回答它，但我认为这不是关闭它的足够充分的理由。大概几十行就可以总结出内核中发生的事情。

标签： c linux sockets linux-kernel bluez

【解决方案1】：

这是一个非常广泛的描述（希望有助于理解主要方案）。
内核开发者可能会被吓到……

socket 是许多不同通信方式的通用抽象接口。
它提供了许多通用操作，例如关闭、发送/接收数据、设置/检索选项，几乎可以在任何类型的套接字上使用。

创建套接字意味着指定此通信方式的确切属性。
这有点像实现接口的具体类型的实例化。

这些属性首先由协议族组织；这是socket() 调用的第一个参数。
例如：

PF_INET 用于依赖 IPv4 的通信，
PF_INET6 用于依赖 IPv6 的通信，
PF_LOCAL 用于系统内部的进程间通信（管道的种类），
PF_NETLINK 用于与操作系统内核通信，
PF_PACKET 用于与网络接口直接通信，
...（其中有很多）

选择协议族后，您必须指定要在该族提供的协议中使用哪个协议；这是socket() 调用的第二个参数。
例如：

SOCK_DGRAM 用于 IPv4 或 IPv6 上的 UDP，或 PF_LOCAL 中的不同消息，
SOCK_STREAM 用于 TCP over IPv4 或 IPv6，或 PF_LOCAL 中的连续字节流，
SOCK_RAW，直接访问的是族中的原始底层协议（如果有）（例如 IPv4 或 IPv6），
...（每个家庭可以提供很多）

一些协议可以接受一些变体或一些限制；这是socket() 调用的第三个参数。
通常0 就足够了，但例如我们可以找到：

PF_PACKET、SOCK_RAW、htons(ETH_P_ALL) 用于捕获在网络接口上接收到的任何类型的网络数据包，
PF_PACKET、SOCK_RAW、htons(ETH_P_ARP) 仅捕获 ARP 帧，

当我们要求使用这三个参数创建一个套接字时，操作系统会创建一个与将要获取的套接字句柄相关联的内部资源。
当然，此资源的确切结构取决于所选的系列/协议/变体，并且它与特定于它的内核回调相关联。
每次在此套接字上调用一个操作（通过系统调用），都会调用特定的回调。

【讨论】：

谢谢，这是很好的信息。我要重述你最后的声明。 “每次在这个套接字上调用一个操作（通过系统调用），都会调用特定的回调。”
这些回调有什么作用？与硬件交互？用于 IPV4/IPV6 插座的 Wifi 芯片和/或用于蓝牙 HCI 插座的 Broadcomm 芯片？
想真正了解套接字的内部内核调用（如你所说的套接字操作）和输出到芯片组的引脚信号之间的缺失链接。
@Ace“与硬件交互”是的，但可能不是直接的。根据具体的上下文，这个抽象和确切的硬件驱动程序之间可能存在多个级别。
@Ace 对不起，我没有这么具体的知识。

【解决方案2】：

请看这里：这是对蓝牙堆栈的 BlueZ Linux 实现的一个很好的高级描述：

Linux Without Wires The Basics of Bluetooth。具体来说，它为您提供了对这些 BlueZ 内核驱动程序的一个很好的概述：

bluetooth.ko，其中包含 BlueZ 的核心基础架构。它导出蓝牙系列 AF_BLUETOOTH 的套接字。全蓝Z 模块利用它的服务。

蓝牙 HCI 数据包通过 UART 或 USB 传输。对应的 BlueZ HCI 实现是 hci_uart.ko 和 hci_usb.ko。

蓝牙的L2CAP层，负责分段、重组和协议复用，由l2cap.ko实现。

在 bnep.ko 的帮助下，TCP/IP 应用程序可以通过蓝牙运行。这模拟了 L2CAP 层上的以太网端口。这名为 kbnepd 的内核线程负责 BNEP 连接。

rfcomm.ko 负责运行终端等串口应用程序。这在 L2CAP 层上模拟串行端口。这名为 krfcommd 的内核线程负责 RFCOMM 连接。

hidp.ko 实现了 HID（人机接口设备）层。用户模式守护进程 hidd 允许 BlueZ 处理蓝牙等输入设备老鼠。

sco.ko 实现了面向同步连接 (SCO) 层来处理音频。 SCO 连接不指定一个通道来连接远程主机;仅指定主机地址。

另一个优秀的资源是 BlueZ 项目页面：

http://www.bluez.org/

【讨论】：