套接字描述符vs文件描述符

Question

read(2)和write(2)可同时适用于套接字描述符和文件描述符。对于文件描述符，它会先访问用户文件描述符表->文件表，最后到inode表中检查文件类型（普通文件/字符设备/块设备），并相应地进行读取。对于字符特殊文件，它会从字符设备开关中获取基于文件主设备号的函数指针，并调用为该设备注册的适当的读写例程。 类似地，从块设备开关获取函数指针，将为块特殊文件调用适当的读/写例程。

当在套接字描述符上调用read/write时，您能否告诉我实际发生了什么。如果read/write适用于套接字描述符，我们为什么不能使用open来获取描述符呢？

当在套接字描述符上调用read/write时，数据被发送到网络或者从网络接收，并且传输的数据是按照协议进行封装的。open系统调用不包含任何这样的语义，因此无法用于套接字。要获得套接字描述符，需要调用socket系统调用。

- Ganesh Kundapur

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无法告诉你发生了什么（如果你真的想知道，请查看内核源代码），但基本上它会将请求传递给TCP驱动程序，后者会将其进一步传递到网络堆栈下面，直到达到网络接口卡的驱动程序。如果您想以一般术语了解网络堆栈的每个层次所做的事情，请查阅OSI模型。至于“open”与“socket”的区别：它们需要不同的参数，因为需要指定的信息取决于您是要打开文件还是套接字。 - David

我想知道在调用socket()时分配了哪些数据结构，inode表中存储了哪些信息，以及在调用read/write时它是如何最终到达网络接口卡驱动程序的。 - Ganesh Kundapur

请注意，读/写包装系统调用。大部分工作都在内核空间完成。这是一种抽象或“虚拟化”：只需将块文件、套接字或许多其他东西视为“文件”。文件具有读取、写入、打开等操作。但是，从套接字或磁盘文件中读取的真正实现是在内核中定义的。如果需要，甚至可以将“写入”定义为从文件中读取。 - tristan

Answer 1

据我所知，文件描述符中包含标志来识别此FD的文件系统类型。内核将根据文件系统类型调用相应的处理程序函数。您可以在Linux内核中查看源代码read_write.c。

简而言之，内核执行了以下操作：

1. 在read_write.c中，有一个file_system_wrapper函数，它根据fd的文件类型（ext2 / ext3 / socket /..）调用相应的处理程序函数。
2. 在socket.c中，有一个socket_type_wrapper函数；它根据socket的类型（ipv4、ipv6、atm等）调用相应的套接字处理程序函数。
3. 在socket_ipv4.c中，有一个protocol_type包装函数；它根据协议类型（UDP / TCP）调用相应的协议处理程序函数。
4. 在tcp_ip4.c中，有一个tcp_sendmsg函数，当写入tcp ipv4类型的FD时将调用该函数。

希望这样清楚明了。 谢谢， Houcheng

- Houcheng

Answer 2

Socket描述符也与文件结构相关联，但是用于该结构的一组file_operations函数与通常不同。因此，这些描述符的初始化和使用也不同。内核级接口的读取和写入部分恰好完全等效。

- Basilevs

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我想知道在调用socket()时分配了哪些数据结构，inode表中存储了哪些信息，以及在调用read/write时它是如何最终到达网络接口卡驱动程序的。 - Ganesh Kundapur

并非偶然发生，而是故意制造成相同的。 - Yerken

Answer 3

在某些状态下，读写对于某些类型的套接字是有效的；这完全取决于内核中传递的各种结构。

原则上，open()可以创建套接字描述符，但BSD套接字API从未定义过这种方式。

还有一些其他（有点特定于Linux的）文件描述符类型是通过系统调用而不是open()打开的，例如epoll_create或timerfd_create。它们的工作方式相同。

- MarkR