Ⅰ linux fd 系列 — socket fd 是什么
在Linux系统中，socket fd 是一种网络文件描述符，实质上是一种用于网络通信的文件句柄。它在客户端和服务端的C/S编程模式中被广泛使用，实现网络数据的读写操作。尽管网络通信接口与文件读写接口在表面上有细微差别，但实质上都是I/O操作，即数据的输入输出。
例如，当我们查看进程的文件描述符时，会发现其中包含了7、8两个socket fd，其名称为"socket:[18892]"。这一名称包含了该fd的类型信息，类似于文件fd后紧跟的路径名称。这个inode编号在其他地方也能看到，如在proc目录下的net子目录中，对于使用tcp协议的服务端，我们能查看到与连接状态相关的信息。
实际上，socket fd与文件句柄在功能上并无本质区别，二者都能实现基本的I/O操作。在理解socket fd时，我们应将其与TCP/IP协议栈区别开来。尽管TCP/IP协议栈是网络通信的基础，但进行网络编程时，操作系统的socket接口更为直观和实用。
在描述socket fd时，我们首先需要了解环境和术语基础，Linux内核版本为4.19，假设未特别说明协议时默认为TCP协议。socket是一个常见的术语，用于指代Linux网络编程中的套接字接口。网络模型通常包括网络协议栈的不同层次，每层执行特定任务，通过不断封装实现更高级功能。
在Linux环境下，网络编程往往被称为套接字编程，这是因为socket接口为程序员提供了与网络通信相关的简化接口。例如，进行基于TCP的C/S网络程序开发时，主要涉及socket的创建、读写和关闭过程。socket的创建通过socket(int domain, int type, int protocol)函数实现，类似于文件句柄的获取。
网络模型通常分为两层，上层为应用层，下层为协议层。不同层次之间通过封装实现，使得应用层程序员能够专注于业务逻辑，而无需关心底层细节。在Linux系统中，套接字位于所有网络协议之上，提供了一种统一的接口，用于执行网络通信操作。
监听套接字与普通套接字是两种不同的类型。监听套接字仅用于管理连接的建立，而普通套接字则用于数据流传输。监听套接字在可读事件中关注的是连接队列的非空状态，而普通套接字则关注可读和可写事件。
为了使socket fd具备文件句柄的语义，Linux内核实现了sockfs文件系统。这个系统为socket提供了统一的接口，与eventfd、ext2 fd等句柄一样，实现对外I/O操作的一致性。sockfs文件系统的核心在于sock_mnt全局变量中的超级块操作表sockfs_ops，该表指明了inode分配规则。
在理解inode与具体文件系统（如ext4）之间的关系时，我们发现inode是vfs抽象的适配所有文件系统的结构体，由具体文件系统分配。在Linux中，inode与不同文件系统中的特定结构体（如ext4_inode_info）关联，通过强制类型转化在不同层次之间切换。
类似地，sockfs文件系统也有自己的“inode”结构，即struct socket_alloc。这个结构体关联了socket与inode，是文件抽象的核心之一。socket的创建过程实际上是创建了一个struct socket_alloc结构体，并返回了其中的socket字段地址。
对于socket编程，我们需要关注服务端和客户端的几个关键函数。服务端主要涉及socket、bind、listen、accept等函数；客户端则通常使用socket、connect等函数。下面简要描述了这几个函数的实现。
socket函数主要负责创建socket，并根据协议族查找对应的操作表。内核中涉及的函数调用包括sock_create、sock_init_data等，这些函数初始化了socket结构体，包括接收队列和发送队列的初始化，以及socket唤醒回调的设置。
bind函数用于将socket与特定的IP和端口号关联。对于客户端，尽管可以调用bind，但通常没有必要，因为内核会在建立连接时自动选择端口号。服务端则必须使用bind明确指定监听的IP和端口。
listen函数将普通socket转换为监听socket，使socket能够接收连接请求。listen系统调用执行的主要任务是将socket置于监听状态，并在连接请求队列中等待新连接。
accept函数从连接队列中接受新连接，并返回一个新的socket描述符。当监听套接字可读时，意味着有新连接可用，accept函数被调用以处理这些连接。
最后，我们回顾了socket fd与文件句柄之间的关系，以及如何通过epoll机制实现对socket fd的高效事件管理。epoll机制允许我们注册socket fd并监听其可读、可写事件，以实现高效的异步I/O操作。通过理解socket fd和相关函数的实现，我们可以更深入地掌握Linux网络编程的技巧。
Ⅱ linux网络编程(三)-bind()剖析
今天我们将深入探讨bind()函数，它在Linux网络编程中扮演着关键角色。其基本功能是将一个socket与特定的IP地址和端口绑定，以便客户端的连接请求能与其关联起来。
在服务端，bind()是强制性的，因为它确保了服务器的监听地址明确。而对于客户端，bind()并非强制，如果不指定，系统会自动为socket分配一个本地地址和端口进行绑定。
bind()函数接收以下参数：socket文件描述符(sockfd)，一个包含IP地址和端口的struct sockaddr结构体，以及该结构体的长度(address_len)。成功时返回0，失败则返回-1，并通过errno设置错误信息。
值得注意的是，早期的协议地址类型已发展为IPV4和IPV6，这促使对sockaddr结构体的更新。例如，要绑定一个IPv4地址，需要相应地构造地址参数。
在内核层面，bind()的实现涉及如下步骤：首先，通过fd找到与之关联的socket实例。然后，对提供的地址和端口参数进行有效性检查。最后，将这些参数值赋给socket实例中的相关成员。
总的来说，bind()函数的工作相对直接且明确，主要包括：根据提供的描述符获取socket实例，验证地址和端口参数，以及配置socket实例的内部数据结构。
Ⅲ linux网络编程(三)-bind()剖析
探讨bind()函数在Linux网络编程中的应用，该函数主要用于socket的地址绑定。函数原型如下：
通过bind()函数，客户端和服务器能够将socket与特定的地址关联，以便进行数据的收发。在服务端，调用bind()进行地址绑定是必要的；而对于客户端，是否调用该函数则取决于具体需求，若不调用，则系统会自动分配端口和本地地址与socket绑定。
bind()函数的关键参数包括：
sockfd：代表socket文件描述符，用于标识socket实例。
address：包含IP地址与端口号的结构体，类型为sockaddr。
address_len：地址参数长度，通常为sizeof(address)。
返回值为成功时的0，失败时的-1，并设置errno错误码。
关于address参数的具体说明：
早期使用的协议地址类型。随着IPV4、IPV6的普及，新的sockaddr类型被定义以适应不同的地址类型。
举例说明，当需要绑定IPv4地址时：
深入分析bind()函数在内核中的实现逻辑：
通过fd找到对应的socket实例。
执行bind()函数内部的实现逻辑，主要完成以下步骤：
1. 通过fd查找并获取socket实例。
2. 对传入的地址+端口参数进行校验。
3. 对socket实例的成员变量进行赋值，以实现与特定地址的绑定。
bind()函数的核心在于实现socket与特定IP地址和端口的绑定，通过一系列步骤完成此任务，为网络通信提供基础支持。