深入论述一（2/5）：socket() —— 内核做了三件事

所属 Day：Day 1 从零编码 · 更新时间：2026-08-21（从 theory-syscalls.md 拆分，内容零丢失） 本系列：深入论述一索引 上一篇：1/5 五层数据结构骨架 下一篇：3/5 bind() 端口冲突与绑定

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第一步：分配 struct socket（VFS 层的"通用套接字"）

// net/socket.c: sock_alloc()
struct socket *sock = sock_alloc();  // 从 sock_inode_cache slab 分配
sock->type = SOCK_STREAM;           // 流式
sock->state = SS_UNCONNECTED;      // 初始状态：未连接

struct socket 是 VFS 层的抽象——它把套接字伪装成一个文件，让 read()/write()/close() 能作用于套接字。核心字段：

字段	类型	作用
state	socket_state	套接字高层状态（SS_UNCONNECTED / SS_CONNECTED / SS_DISCONNECTING）
ops	struct proto_ops *	操作函数表指针，SOCK_STREAM → inet_stream_ops
file	struct file *	反向指回 VFS file 结构
sk	struct sock *	指向协议族私有结构（TCP 的 tcp_sock）
wq	wait_queue_head_t	等待队列，accept() 等阻塞操作在此睡眠

第二步：协议族查找 → 创建 struct sock（协议层的"TCP 控制块"）

// net/ipv4/af_inet.c: inet_create()
struct sock *sk = sk_alloc(net, PF_INET, GFP_KERNEL, answer_prot, 1);
// answer_prot = &tcp_prot  (当 type=SOCK_STREAM 时)

// 绑定操作函数表
sock->ops = &inet_stream_ops;       // socket 层：read/write/poll/ioctl 等
                                    // 最终都会调到下面 sk->sk_prot 的具体实现

// sk->sk_prot = &tcp_prot          // 协议层：connect/sendmsg/recvmsg/close 等

这是最关键的一步——内核根据 AF_INET + SOCK_STREAM 确定了两张函数表：

应用层 write(fd, buf, len)
  → VFS: file->f_op->write()
    → socket 层: sock->ops->sendmsg()   = inet_sendmsg()    ← 统一入口
      → 协议层: sk->sk_prot->sendmsg()  = tcp_sendmsg()     ← TCP 真正逻辑

• sock->ops（inet_stream_ops）：面向 VFS 的通用接口，让套接字能像文件一样操作
• sk->sk_prot（tcp_prot）：TCP 协议的具体实现，拥塞控制、重传、分段都在这里

第三步：分配文件描述符，建立 fd → file → socket → sock 四层链

// fs/file.c
int fd = get_unused_fd_flags(0);       // 从 fdtable 里找一个空闲的 fd 号
struct file *file = sock_alloc_file(sock, ...);  // 把 socket 包装成 file
fd_install(fd, file);                   // fdtable[fd] = file

current->files->fdtab[fd] 指向 struct file，file->private_data 指向 struct socket，socket->sk 指向 struct sock（TCP 下即 tcp_sock）。当用户调用 read(fd, ...) 时，内核走这条链找到 tcp_recvmsg()。

这个四层链 (fd → file → socket → sock) 是 Linux 网络栈"一切皆文件"哲学的基石，也解释了为什么能用 shell 的 >/dev/tcp/IP/PORT 发数据、用 ss -p 反向查 fd。

一句话总结：socket() 在内核做三件事——分配 VFS 层 struct socket、按协议族创建协议层 struct sock（绑定 inet_stream_ops 与 tcp_prot 两张函数表）、分配 fd 并建立 fd → file → socket → sock 四层链；此后应用的一切读写都沿着这条链找到 tcp_recvmsg()/tcp_sendmsg()。