几个问题
了解以下几个问题的同学可以直接忽略下文:
1、listen库函数主要做了什么?
2、什么是最大并发连接请求数?
3、什么是等待连接队列?
Socket监听相对还是比较简单的,先看下应用程序代码:
- listen(server_sockfd, 5);
其中,第一个参数server_sockfd为服务端socket所对应的文件描述符,第二个参数5代表监听socket能处理的最大并发连接请求数,在2.6.26内核中,该值为256;
listen库函数调用的主要工作可以分为以下几步:
1、根据socket文件描述符找到内核中对应的socket结构体变量;这个过程在《socket地址绑定》一文中描述过,这里不再重述;
2、设置socket的状态并初始化等待连接队列;
3、将socket放入listen哈希表中;
listen调用代码跟踪
下面是listen库函数对应的内核处理函数:
- asmlinkage long sys_listen(int fd, int backlog)
-
{
-
struct socket *sock;
-
int err, fput_needed;
-
int somaxconn;
-
-
// 根据文件描述符取得内核中的socket
-
sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);
-
if (sock) {
-
// 根据系统中的设置调整参数backlog
-
somaxconn = sock_net(sock->sk)->core.sysctl_somaxconn;
-
if ((unsigned)backlog > somaxconn)
-
backlog = somaxconn;
-
-
err = security_socket_listen(sock, backlog);
-
// 调用相应协议簇的listen函数
-
if (!err)
-
err = sock->ops->listen(sock, backlog);
-
-
fput_light(sock->file, fput_needed);
-
}
-
return err;
-
}
根据《创建socket》一文的介绍,例子中,这里sock->ops->listen(sock, backlog)实际上调用的是net/ipv4/Af_inet.c:inet_listen()函数:
- int inet_listen(struct socket *sock, int backlog)
-
{
-
struct sock *sk = sock->sk;
-
unsigned char old_state;
-
int err;
-
-
lock_sock(sk);
-
-
err = -EINVAL;
-
// 1 这里首先检查socket的状态和类型,如果状态或类型不正确,返回出错信息
-
if (sock->state != SS_UNCONNECTED || sock->type != SOCK_STREAM)
-
goto out;
-
-
old_state = sk->sk_state;
-
// 2 这里检查sock的状态是否是TCP_CLOSE或TCP_LISTEN,如果不是,返回出错信息
-
if (!((1 << old_state) & (TCPF_CLOSE | TCPF_LISTEN)))
-
goto out;
-
-
/* Really, if the socket is already in listen state
-
* we can only allow the backlog to be adjusted.
-
*/
-
// 3 当sock的状态不是TCP_LISTEN时,做监听相关的初始化
-
if (old_state != TCP_LISTEN) {
-
err = inet_csk_listen_start(sk, backlog);
-
if (err)
-
goto out;
-
}
-
// 4 设置sock的最大并发连接请求数
-
sk->sk_max_ack_backlog = backlog;
-
err = 0;
-
-
out:
-
release_sock(sk);
-
return err;
-
}
上面的代码中,有点值得注意的是,当sock状态已经是TCP_LISTEN时,也可以继续调用listen()库函数,其作用是设置sock的最大并发连接请求数;
下面看看inet_csk_listen_start()函数:
- int inet_csk_listen_start(struct sock *sk, const int nr_table_entries)
-
{
-
-
struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
-
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
-
// 初始化连接等待队列
-
int rc = reqsk_queue_alloc(&icsk->icsk_accept_queue, nr_table_entries);
-
-
if (rc != 0)
-
return rc;
-
-
sk->sk_max_ack_backlog = 0;
-
sk->sk_ack_backlog = 0;
-
inet_csk_delack_init(sk);
-
-
// 设置sock的状态为TCP_LISTEN
-
sk->sk_state = TCP_LISTEN;
-
if (!sk->sk_prot->get_port(sk, inet->num)) {
-
inet->sport = htons(inet->num);
-
sk_dst_reset(sk);
-
sk->sk_prot->hash(sk);
-
return 0;
-
}
-
-
sk->sk_state = TCP_CLOSE;
-
__reqsk_queue_destroy(&icsk->icsk_accept_queue);
-
-
return -EADDRINUSE;
-
}
这里nr_table_entries是参数backlog经过最大值调整后的值;
相关数据结构
先看下接下来的代码中提到了几个数据结构,一起来看一下:
1、request_sock
- struct request_sock {
-
struct request_sock *dl_next; /* Must be first */
-
u16 mss;
-
u8 retrans;
-
u8 cookie_ts; /* syncookie: encode tcpopts in timestamp */
-
-
/* The following two fields can be easily recomputed I think -AK */
-
u32 window_clamp; /* window clamp at creation time */
-
u32 rcv_wnd; /* rcv_wnd offered first time */
-
u32 ts_recent;
-
unsigned long expires;
-
const struct request_sock_ops *rsk_ops;
-
struct sock *sk;
-
u32 secid;
-
u32 peer_secid;
-
};
socket在侦听的时候,那些来自其它主机的tcp socket的连接请求一旦被接受(完成三次握手协议),便会建立一个request_sock,建立与请求socket之间的一个tcp连接。该request_sock会被放在一个先进先出的队列中,等待accept系统调用的处理;
2、listen_sock
- struct listen_sock {
-
u8 max_qlen_log;
-
-
/* 3 bytes hole, try to use */
-
int qlen;
-
int qlen_young;
-
int clock_hand;
-
u32 hash_rnd;
-
u32 nr_table_entries;
-
struct request_sock *syn_table[0];
-
};
新建立的request_sock就存放在syn_table中;这是一个哈希数组,总共有nr_table_entries项;
成员max_qlen_log以2的对数的形式表示request_sock队列的最大值;
qlen是队列的当前长度;
hash_rnd是一个随机数,计算哈希值用;
3、request_sock_queue
- struct request_sock_queue {
-
struct request_sock *rskq_accept_head;
-
struct request_sock *rskq_accept_tail;
-
rwlock_t syn_wait_lock;
-
u16 rskq_defer_accept;
-
-
/* 2 bytes hole, try to pack */
-
struct listen_sock *listen_opt;
-
};
结构体struct request_sock_queue中的rskq_accept_head和rskq_accept_tail分别指向request_sock队列的队列头和队列尾;
等待连接队列初始化
先看下reqsk_queue_alloc()的源代码:
- int reqsk_queue_alloc(struct request_sock_queue *queue,
-
unsigned int nr_table_entries)
-
{
-
size_t lopt_size = sizeof(struct listen_sock);
-
struct listen_sock *lopt;
-
-
// 1 控制nr_table_entries在8~ sysctl_max_syn_backlog之间
-
nr_table_entries = min_t(u32, nr_table_entries, sysctl_max_syn_backlog);
-
nr_table_entries = max_t(u32, nr_table_entries, 8);
-
// 2 向上取2的幂
-
nr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1);
-
// 3 申请等待队列空间
-
lopt_size += nr_table_entries * sizeof(struct request_sock *);
-
-
if (lopt_size > PAGE_SIZE)
-
lopt = __vmalloc(lopt_size,
-
GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO,
-
PAGE_KERNEL);
-
else
-
lopt = kzalloc(lopt_size, GFP_KERNEL);
-
-
if (lopt == NULL)
-
return -ENOMEM;
-
-
// 4 设置listen_sock的成员max_qlen_log最小为3,最大为nr_table_entries的对数
-
for (lopt->max_qlen_log = 3;
-
(1 << lopt->max_qlen_log) < nr_table_entries;
-
lopt->max_qlen_log++);
-
-
// 5 相关字段赋值
-
get_random_bytes(&lopt->hash_rnd, sizeof(lopt->hash_rnd));
-
rwlock_init(&queue->syn_wait_lock);
-
queue->rskq_accept_head = NULL;
-
lopt->nr_table_entries = nr_table_entries;
-
-
write_lock_bh(&queue->syn_wait_lock);
-
queue->listen_opt = lopt;
-
write_unlock_bh(&queue->syn_wait_lock);
-
-
return 0;
-
}
整个过程中,先计算request_sock的大小并申请空间,然后初始化request_sock_queue的相应成员的值;
TCP_LISTEN的socket管理
在《端口管理》一文中提到管理socket的哈希表结构inet_hashinfo,其中的成员listening_hash[INET_LHTABLE_SIZE]用于存放处于TCP_LISTEN状态的sock;
当socket通过listen()调用完成等待连接队列的初始化后,需要将当前sock放到该结构体中:
- if (!sk->sk_prot->get_port(sk, inet->num)) {
-
// 这里再次判断端口是否被占用
-
inet->sport = htons(inet->num);
-
sk_dst_reset(sk);
-
// 将当前socket哈希到inet_hashinfo中
-
sk->sk_prot->hash(sk);
-
return 0;
-
}
这里调用了net/ipv4/Inet_hashtables.c:inet_hash()方法:
- void inet_hash(struct sock *sk)
-
{
-
if (sk->sk_state != TCP_CLOSE) {
-
local_bh_disable();
-
__inet_hash(sk);
-
local_bh_enable();
-
}
-
}
-
-
static void __inet_hash(struct sock *sk)
-
{
-
// 取得inet_hashinfo结构
-
struct inet_hashinfo *hashinfo = sk->sk_prot->h.hashinfo;
-
struct hlist_head *list;
-
rwlock_t *lock;
-
-
// 状态检查
-
if (sk->sk_state != TCP_LISTEN) {
-
__inet_hash_nolisten(sk);
-
return;
-
}
-
-
BUG_TRAP(sk_unhashed(sk));
-
// 计算hash值,取得链表
-
list = &hashinfo->listening_hash[inet_sk_listen_hashfn(sk)];
-
lock = &hashinfo->lhash_lock;
-
-
inet_listen_wlock(hashinfo);
-
// 将sock添加到链表中
-
__sk_add_node(sk, list);
-
sock_prot_inuse_add(sock_net(sk), sk->sk_prot, 1);
-
write_unlock(lock);
-
wake_up(&hashinfo->lhash_wait);
-
}
了解到这里,回答文初提出的3个问题,应该没什么问题了吧J
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