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lwip socket探秘之socket创建

时间:2014-12-26 22:52:06      阅读:375      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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一个基本的socket建立顺序是
Server端:
  • socket()
  • bind()
  • listen()
  • accept()
  • recv()
Client端:
  • socket()
  • connect()
  • send()
 
本文着重介绍Server端的socket()过程。
 
用户使用socket时,首先会调用socket()函数创建一个socket。在lwip中实际调用的就是lwip_socket()函数。
代码如下:
 1 int
 2 lwip_socket(int domain, int type, int protocol)
 3 {
 4   struct netconn *conn;
 5   int i;
 6 
 7   LWIP_UNUSED_ARG(domain);
 8 
 9   /* create a netconn */
10   switch (type) {  // 根据用户传入的type区分TCP、UDP和RAW
11   case SOCK_RAW:
12     conn = netconn_new_with_proto_and_callback(NETCONN_RAW, (u8_t)protocol, event_callback);
13     LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_socket(%s, SOCK_RAW, %d) = ",
14                                  domain == PF_INET ? "PF_INET" : "UNKNOWN", protocol));
15     break;
16   case SOCK_DGRAM:
17     conn = netconn_new_with_callback( (protocol == IPPROTO_UDPLITE) ?
18                  NETCONN_UDPLITE : NETCONN_UDP, event_callback);
19     LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_socket(%s, SOCK_DGRAM, %d) = ",
20                                  domain == PF_INET ? "PF_INET" : "UNKNOWN", protocol));
21     break;
22   case SOCK_STREAM:
23     conn = netconn_new_with_callback(NETCONN_TCP, event_callback); // 例如TCP在这个case里。这里新建一个netconn结构体。netconn是用户可见的socket和协议栈内部的protocol control block之间的桥梁,这里下文会分析
24     LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_socket(%s, SOCK_STREAM, %d) = ",
25                                  domain == PF_INET ? "PF_INET" : "UNKNOWN", protocol));
26     break;
27   default:
28     LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_socket(%d, %d/UNKNOWN, %d) = -1\n",
29                                  domain, type, protocol));
30     set_errno(EINVAL);
31     return -1;
32   }
33 
34   if (!conn) {
35     LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("-1 / ENOBUFS (could not create netconn)\n"));
36     set_errno(ENOBUFS);
37     return -1;
38   }
39 
40   i = alloc_socket(conn); // 开辟一个socket,这个函数也很重要
41 
42   if (i == -1) {
43     netconn_delete(conn);
44     set_errno(ENFILE);
45     return -1;
46   }
47   conn->socket = i;
48   LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("%d\n", i));
49   set_errno(0);
50   return i;
51 }

 

接下来我们分两个部分,netconn_new_with_callback所创建的netconn结构体,以及alloc_socket所创建的socket。
 

1.创建netconn结构体

netconn_new_with_callback函数里只是一个简单的调用。
netconn_new_with_callback
     =>netconn_new_with_proto_and_callback
 
看一下netconn_new_with_proto_and_callback()这个函数:
 1 /**
 2 * Create a new netconn (of a specific type) that has a callback function.
 3 * The corresponding pcb is also created.
 4 *
 5 * @param t the type of ‘connection‘ to create (@see enum netconn_type)
 6 * @param proto the IP protocol for RAW IP pcbs
 7 * @param callback a function to call on status changes (RX available, TX‘ed)
 8 * @return a newly allocated struct netconn or
 9 *         NULL on memory error
10 */
11 struct netconn*
12 netconn_new_with_proto_and_callback(enum netconn_type t, u8_t proto, netconn_callback callback)
13 {
14   struct netconn *conn;
15   struct api_msg msg;
16 
17   conn = netconn_alloc(t, callback); // 开辟一个netconn
18   if (conn != NULL ) {
19     msg.function = do_newconn; // do_newconn这个函数以msg的形式送给tcpip_thread()去处理,我们随后会分析。这里需要知道do_newconn会开辟一个pcb,并和已有的conn绑定。
20     msg.msg.msg.n.proto = proto;
21     msg.msg.conn = conn;
22     TCPIP_APIMSG(&msg); 
23 
24     if (conn->err != ERR_OK) {
25       LWIP_ASSERT("freeing conn without freeing pcb", conn->pcb.tcp == NULL);
26       LWIP_ASSERT("conn has no op_completed", conn->op_completed != SYS_SEM_NULL);
27       LWIP_ASSERT("conn has no recvmbox", conn->recvmbox != SYS_MBOX_NULL);
28       LWIP_ASSERT("conn->acceptmbox shouldn‘t exist", conn->acceptmbox == SYS_MBOX_NULL);
29       sys_sem_free(conn->op_completed);
30       sys_mbox_free(conn->recvmbox);
31       memp_free(MEMP_NETCONN, conn);
32       return NULL;
33     }
34   }
35   return conn;
36 }

 

上述代码中,有4行紅色的在我们分析socket中会经常看到。我们不妨先岔开话题,看一下这4行代码。

api_msg做了什么

1     msg.function = do_newconn; 
2     msg.msg.msg.n.proto = proto;
3     msg.msg.conn = conn;
4     TCPIP_APIMSG(&msg); 

 

首先来看TCPIP_APIMSG这个宏做了什么:
1 #define TCPIP_APIMSG(m)       tcpip_apimsg(m)

 

 1 /**
 2 * Call the lower part of a netconn_* function
 3 * This function is then running in the thread context
 4 * of tcpip_thread and has exclusive access to lwIP core code.
 5 *
 6 * @param apimsg a struct containing the function to call and its parameters
 7 * @return ERR_OK if the function was called, another err_t if not
 8 */
 9 err_t
10 tcpip_apimsg(struct api_msg *apimsg)
11 {
12   struct tcpip_msg msg;
13  
14   if (mbox != SYS_MBOX_NULL) {
15     msg.type = TCPIP_MSG_API; // 随后在tcpip_thread()里解析这个msg时需要根据这个type确定走哪个分支
16     msg.msg.apimsg = apimsg;
17     sys_mbox_post(mbox, &msg); // mbox是一个全局mailbox,实际上是一个数组,元素是void*型指针,在tcpip_init里被初始化。这里把msg地址放到mbox里
18     sys_arch_sem_wait(apimsg->msg.conn->op_completed, 0);
19     return ERR_OK;
20   }
21   return ERR_VAL;
22 }

 

至此,一个TCPIP_MSG_API type的msg被放到了mbox这个mailbox里,接下来tcpip_thread要从这个mailbox里取msg并对其进行处理,主要就是调用msg里的function。如下:

 

 1 /**
 2 * The main lwIP thread. This thread has exclusive access to lwIP core functions
 3 * (unless access to them is not locked). Other threads communicate with this
 4 * thread using message boxes.
 5 *
 6 * It also starts all the timers to make sure they are running in the right
 7 * thread context.
 8 *
 9 * @param arg unused argument
10 */
11 static void
12 tcpip_thread(void *arg)
13 {
14   struct tcpip_msg *msg;
15   LWIP_UNUSED_ARG(arg);
16 
17 ......................
18 
19   LOCK_TCPIP_CORE();
20   while (1) {                          /* MAIN Loop */
21     sys_mbox_fetch(mbox, (void *)&msg);
22     switch (msg->type) {
23 #if LWIP_NETCONN
24     case TCPIP_MSG_API:
25       LWIP_DEBUGF(TCPIP_DEBUG, ("tcpip_thread: API message %p\n", (void *)msg));
26       msg->msg.apimsg->function(&(msg->msg.apimsg->msg)); // 这个function就是netconn_write()函数里赋值的do_newconn
27       break;
28 #endif /* LWIP_NETCONN */
29 
30 ..............
31 
32     default:
33       break;
34     }
35   }
36 }

 

注意tcpip_thread()函数在tcpip.c(component\common\network\lwip\lwip_v1.3.2\src\api)里,可以认为是lwip api层的函数,只不过虽然名字叫api,但应用层并不是直接调用,应用层实际上是借mailbox与其交互的。当然用户并不知道mailbox的存在,应用层只需要直接调用send()这个lwip api,后续放入mailbox以及tcpip_thread从mailbox取走,都是lwip自己完成的。
 
题外话结束。
至此,我们知道了do_newconn是怎么被调用到的了。现在我们看一下do_newconn的内容。
1 void
2 do_newconn(struct api_msg_msg *msg)
3 {
4    if(msg->conn->pcb.tcp == NULL) {
5      pcb_new(msg);
6    }
7 ..........
8 }

 

 1 static err_t
 2 pcb_new(struct api_msg_msg *msg)
 3 {
 4 ....................
 5    /* Allocate a PCB for this connection */
 6    switch(NETCONNTYPE_GROUP(msg->conn->type)) {
 7 ...................
 8 #if LWIP_TCP
 9    case NETCONN_TCP:
10      msg->conn->pcb.tcp = tcp_new();  // 新建一个tcp_pcb结构体,并把这个pcb与conn绑定起来
11      if(msg->conn->pcb.tcp == NULL) {
12        msg->conn->err = ERR_MEM;
13        break;
14      }
15      setup_tcp(msg->conn);
16      break;
17 #endif /* LWIP_TCP */
18 .................
19    }
20 ................
21 }

 

 
原来如此,do_newconn主要是在开辟了一个conn之后,接着开辟一个pcb并与这个conn绑定。

 

2.创建socket

lwip_socket()接下来通过alloc_socket()创建了socket。
代码如下:
 1 /**
 2 * Allocate a new socket for a given netconn.
 3 *
 4 * @param newconn the netconn for which to allocate a socket
 5 * @return the index of the new socket; -1 on error
 6 */
 7 static int
 8 alloc_socket(struct netconn *newconn)
 9 {
10   int i;
11 
12   /* Protect socket array */
13   sys_sem_wait(socksem);
14 
15   /* allocate a new socket identifier */
16   for (i = 0; i < NUM_SOCKETS; ++i) {
17     if (!sockets[i].conn) { // 从系统socket列表:sockets[]里寻找还没有被使用的
18       sockets[i].conn       = newconn; // 找出一个未被使用的socket结构体,作为用户调用socket() API申请到的socket结构体,并把它和新建的netconn绑定。
19       sockets[i].lastdata   = NULL;
20       sockets[i].lastoffset = 0;
21       sockets[i].rcvevent   = 0;
22       sockets[i].sendevent  = 1; /* TCP send buf is empty */
23       sockets[i].flags      = 0;
24       sockets[i].err        = 0;
25       sys_sem_signal(socksem);
26       return i; // 仅返回一个int型的i,即用户看不到这个socket结构体,只能socket结构体在socket列表里的index值,用户能使用的也就是这个int值
27     }
28   }
29   sys_sem_signal(socksem);
30   return -1;
31 }

 

sockets[]是一个全局变量,存有系统所有的socket,注意它的类型是系统内部维护的socket结构体,不是用户看到的int型。如下:
1 /** The global array of available sockets */
2 static struct lwip_socket sockets[NUM_SOCKETS];
 
至此,lwip_socket()新建了netconn、pcb和socket,并把这三者绑定在了一条线上。 
 
 
 
 

lwip socket探秘之socket创建

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原文地址:http://www.cnblogs.com/codingfun/p/4187120.html

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