从 Linux 源码看 Socket 的阻塞和非阻塞 _Socket

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笔者一直觉得如果能知道从应用到框架再到操作系统的每一处代码，是一件Exciting的事情。
大部分高性能网络框架采用的是非阻塞模式。笔者这次就从linux源码的角度来阐述socket阻塞(block)和非阻塞(non_block)的区别。本文源码均来自采用Linux-2.6.24内核版本。
TCP 非阻塞 client 端的例子如果我们要产生一个非阻塞的socket,在C语言中如下代码所示:

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由于网络协议非常复杂，内核里面用到了大量的面向对象的技巧，所以我们从创建连接开始，一步一步追述到最后代码的调用点。
socket 的创建
很明显，内核的第一步应该是通过AF_INET、SOCK_STREAM以及最后一个参数0定位到需要创建一个TCP的socket,如下图绿线所示:

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我们跟踪源码调用

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进一步分析__sock_create的代码判断:

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由于family是AF_INET协议，注意在操作系统里面定义了PF_INET等于AF_INET, 内核通过函数指针实现了对pf(net_proto_family)的重载。如下图所示:

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则通过源码可知，由于是AF_INET(PF_INET),所以net_families[PF_INET].create=inet_create(以后我们都用PF_INET表示)，即
pf->create = inet_create; 进一步追溯调用:

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上面的代码就是在INET中寻找SOCK_STREAM的过程了我们再看一下inetsw[SOCK_STREAM]的具体配置:

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这边也用了重载，AF_INET有TCP、UDP以及Raw三种:

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从上述代码，我们可以清楚的发现sock->ops=&inet_stream_ops;

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即sock->ops->recvmsg = sock_common_recvmsg;
同时sock->sk->sk_prot = tcp_prot;
我们再看下tcp_prot中的各个函数重载的定义:

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fcntl控制socket的阻塞非阻塞状态我们用fcntl修改socket的阻塞非阻塞状态。事实上: fcntl的作用就是将O_NONBLOCK标志位存储在sock_fd对应的filp结构的f_lags里,如下图所示。

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追踪setfl代码:

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上图中，由sock_fd在task_struct(进程结构体)->files_struct->fd_array中找到对应的socket的file描述符，再修改file->flags
在调用socket.recv的时候我们跟踪源码调用:

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由上文可知: sock->ops->recvmsg = sock_common_recvmsg;

sock

值得注意的是,在sock_recmsg中,有对标识O_NONBLOCK的处理

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上述代码中sock关联的file中获取其f_flags,如果flags有O_NONBLOCK标识，那么就设置msg_flags为MSG_DONTWAIT(不等待) 。
fcntl与socket就是通过其共同操作File结构关联起来的。

继续跟踪调用

sock_common_recvmsg

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由上文可知: sk->sk_prot->recvmsg 其中sk_prot=tcp_prot,即最终调用的是tcp_prot->tcp_recvmsg,上面的代码可以看出，如果fcntl(O_NONBLOCK)=>MSG_DONTWAIT置位=>(flags & MSG_DONTWAIT)>0, 再结合tcp_recvmsg的函数签名,即如果设置了O_NONBLOCK的话，设置给tcp_recvmsg的nonblock参数>0,关系如下图所示: