Socket介绍
不知道大家有没有想过网络通信到底是什么东西，为什么两个计算机之间可以通信？
其实本质上就是两个计算机之间的数据交换，而这个数据交换的过程就是通过socket来完成的。
大家都知道现代网络分层模型有7层模型、5层模型等等。就拿八股文中常问的5层模型举例，分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。这些模型都是为了更好的管理网络通信，而socket就是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把复杂的传输层抽象成了一个简单的接口，供应用层调用。这样应用层就不用太过于关注传输层实现，只需要简单的调用几个接口即可实现网络通信的功能。类似编程中的门面模式。
socket的英文意思是“插座”，想像一下，我们在家里插上电源，就可以使用电器了。而socket也是一样的道理，我们在应用层调用socket接口，就可以使用网络通信了。
连接与通信的过程
说完socket是个啥，这里就来说说socket的通信过程。
上文说到socket是一个介于应用层和传输层之间的一个抽象层，它能够简化网络通信。假设我们现在有两台计算机，一台是服务端，一台是客户端。两个计算机都可以各自创建并维护一个socket，来进行通信。
服务端
服务端首先调用socket()方法，这个方法有两个参数，第一个参数是domain，第二个参数是type。domain是指定协议族，type是指定协议类型。这里的协议族指的是网络协议，比如AF_INET就是IPv4协议族，AF_INET6就是IPv6协议族。而协议类型指的是传输协议，比如SOCK_STREAM就是TCP协议，SOCK_DGRAM就是UDP协议。这里的socket()方法就是创建一个socket，并且指定了协议族和协议类型。
创建好之后，接着调用bind()方法来绑定服务端主机ip地址和端口。绑定端口的作用是内核收到数据包之后，可以根据端口号找到对应的socket。绑定ip的作用是因为一个计算机通常有多个网卡，每个网卡的ip都不同，我们可以指定socket只监听对应网卡的数据。
前置工作做好后，接着调用listen()方法来进行监听。一般咱们要看一个网络程序有没有启动，都是通过终端输入netstat命令来查看的。这个命令本质上也是看端口是否被监听。
最后调用accept()方法来接收客户端的连接。如果有客户端连接过来，内核就会把相关的数据转发到对应的应用程序上，如果没有的话就会一直阻塞。
客户端
客户端首先也是调用socket()方法来创建一个socket，这里也是指定了协议族和协议类型。
创建好socket之后，接着调用connect()方法来连接服务端。这里的connect()方法有三个参数，第一个参数是socket，第二个参数是服务端的ip地址，第三个参数是服务端的端口号。这里的connect()方法会向服务端发送一个SYN包，服务端收到之后会回复一个SYN+ACK包，客户端再回复一个ACK包，这样就完成了三次握手，建立了连接。万众瞩目的tcp三次握手就是这个过程。
建立连接之后，服务端和客户端就可以通过write()和read()方法来进行通信了。
这里补充说明下，服务端的内核会维护两个队列。分别是TCP半连接队列和TCP全连接队列。前者主要保存还未完成三次握手的连接，后者主要保存已经完成三次握手的连接。
服务端调用accept()方法会从TCP全连接队列取出一个连接返回给应用程序。后续客户端和服务端通信都是使用这个连接。
socket底层原理
到这里大家有没有发现，socket的通信过程和文件读写的过程很像。其实socket的底层原理就是文件读写。我们知道，进程里面有一个文件描述符数组，这个数组里面保存了所有打开的文件描述符。而socket也是一个文件描述符，所以socket也会保存在这个数组里面。该数组里列出这个进程打开的所有文件的文件描述符。数组的下标是文件描述符，是一个整数，而数组的内容是一个指针，指向内核中所有打开的文件的列表，也就是说内核可以通过文件描述符找到对应打开的文件。
然后每个文件都有一个 inode，Socket 文件的 inode 指向了内核中的 Socket 结构，在这个结构体里有两个队列，分别是发送队列和接收队列，这个两个队列里面保存的是一个个 struct sk_buff，用链表的组织形式串起来。
sk_buff 可以表示各个层的数据包，在应用层数据包叫 data，在 TCP 层我们称为 segment，在 IP 层我们叫 packet，在数据链路层称为 frame。
你可能会好奇，为什么全部数据包只用一个结构体来描述呢？协议栈采用的是分层结构，上层向下层传递数据时需要增加包头，下层向上层数据时又需要去掉包头，如果每一层都用一个结构体，那在层之间传递数据的时候，就要发生多次拷贝，这将大大降低 CPU 效率。
于是，为了在层级之间传递数据时，不发生拷贝，只用 sk_buff 一个结构体来描述所有的网络包，那它是如何做到的呢？是通过调整 sk_buff 中 data 的指针，比如：
- 当接收报文时，从网卡驱动开始，通过协议栈层层往上传送数据报，通过增加
skb->data的值，来逐步剥离协议首部。 - 当要发送报文时，创建
sk_buff结构体，数据缓存区的头部预留足够的空间，用来填充各层首部，在经过各下层协议时，通过减少skb->data的值来增加协议首部。
