Linux 内核网络之 Listen 的实现

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listen 系统调用用于通知进程准备接受套接口上的连接请求，它同时也指定套接口上可以排队等待的连接数的门限值。超过门限值时，套接口将拒绝新的连接请求，TCP 将忽略进入的连接请求。

 /* fd, 进行监听的套接口的文件描述符 backlog，为指定连接队列长度的最大值 */ asmlinkage long sys_listen(int fd, int backlog) { struct socket *sock; int err, fput_needed; //根据文件描述符获取套接口指针，同时返回是否需要减少对文件引用计数的标志 sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed); if (sock) { //对参数门限值做检验，门限值不能超过上限 if ((unsigned)backlog > sysctl_somaxconn) backlog = sysctl_somaxconn; // 安全检查 err = security_socket_listen(sock, backlog); /* 通过套接口系统调用的跳转表proto_ops结构，调用对应传输层协议中的 listen 操作。 SOCK_DGRAM 和 SOCK_RAW 类型不支持listen，只有 SOCK_STREAM 类型支持listen接口， TCP中为 inet_listen() */ if (!err) err = sock->ops->listen(sock, backlog); //inet_listen() //根据 fput_needed，调用fput_light减少对文件引用计数操作 fput_light(sock->file, fput_needed); } return err; } 

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上述的函数功能就是通过文件描述符获取对应的套接口指针，然后调用 inet_listen 进行监听操作。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧! int inet_listen(struct socket *sock, int backlog) { struct sock *sk = sock->sk; unsigned char old_state; int err; lock_sock(sk); /* *只有插口的类型为 SOCK_STREAM，即“有连接”模式的插口，并且已经为其 bind()了插口地址，才允许 listen()。 *对于符合这些条件的插口也不是什么时候都可以调用 listen()的。 *插口的 sock结构中有个成分 state，用来实现一种“有限状态机”。只有当这个状态机处于 TCP_CLOSE 或 TCP_LISTEN *这两种状态时才可以对其调用 listen()。 *在前面 sock_create()的代码中可以看到在创建一个插口时要调用函数 sock_init_data()对分配的sock数据结构进行初始化， *在那里state被设置成 TCP_CLOSE。 *状态TCP_CLOSE 表示插口只是刚刚建立，尚未宣布成为 server 插口； *TCP_LISTEN 则表示插口已经设置成 server 插口，当尚未建立起连接，并且不是在等待来自 client 一方的连接请求。 *只有在这两种状态下才允许改变插口的参数（主要是连接请求队列的容量）。 */ err = -EINVAL; if (sock->state != SS_UNCONNECTED || sock->type != SOCK_STREAM) goto out; old_state = sk->sk_state; 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. */ if (old_state != TCP_LISTEN) { err = inet_csk_listen_start(sk, backlog);/* 开始侦听 */ if (err) goto out; } sk->sk_max_ack_backlog = backlog; err = 0; out: release_sock(sk); return err; } 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); //创建接收队列，并把该队列和传输控制块绑定 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); /* There is race window here: we announce ourselves listening, * but this transition is still not validated by get_port(). * It is OK, because this socket enters to hash table only * after validation is complete. */ /* 设置控制块的状态 */ sk->sk_state = TCP_LISTEN; /* 检查端口是否仍然可用，防止bind()后其它进程修改了端口信息 */ if (!sk->sk_prot->get_port(sk, inet->num)) { // tcp_v4_get_port() inet->sport = htons(inet->num); sk_dst_reset(sk); /* 把sock链接入监听哈希表中 */ sk->sk_prot->hash(sk); // tcp_v4_hash return 0; } sk->sk_state = TCP_CLOSE; __reqsk_queue_destroy(&icsk->icsk_accept_queue); return -EADDRINUSE; } 

启动监听时，做的工作主要包括：

• 创建半连接队列的实例，初始化全连接队列。
• 初始化 sock 的一些变量，把它的状态设为 TCP_LISTEN。
• 检查端口是否可用，防止bind()后其它进程修改了端口信息。
• 把sock链接进入监听哈希表 listening_hash 中。

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创建半连接队列

listen_sock 结构用于保存 SYN_RECV 状态的连接请求块，所以也叫半连接队列。

queue 为连接请求控制块，nr_table_entries 为半连接的最大个数，即 backlog。

int sysctl_max_syn_backlog = 256; 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; /* nr_table_entries必需在[8, sysctl_max_syn_backlog]之间，默认是[8, 256] * 但实际上在sys_listen()中要求backlog <= sysctl_somaxconn（默认为128） * 所以此时默认区间为[8, 128] */ nr_table_entries = min_t(u32, nr_table_entries, sysctl_max_syn_backlog); nr_table_entries = max_t(u32, nr_table_entries, 8); /* 使nr_table_entries = 2^n，向上取整 */ nr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1); //为半连接队列申请内存 lopt_size += nr_table_entries * sizeof(struct request_sock *); if (lopt_size > PAGE_SIZE) /* 如果申请内存大于1页，则申请虚拟地址连续的空间 */ lopt = __vmalloc(lopt_size, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL); else /* 申请内存在1页内，则申请物理地址连续的空间 */ lopt = kzalloc(lopt_size, GFP_KERNEL); if (lopt == NULL) return -ENOMEM; for (lopt->max_qlen_log = 3; (1 << lopt->max_qlen_log) < nr_table_entries; lopt->max_qlen_log++); /* 获取一个随机数 */ get_random_bytes(&lopt->hash_rnd, sizeof(lopt->hash_rnd)); rwlock_init(&queue->syn_wait_lock); //全连接队列头初始化 queue->rskq_accept_head = NULL; // 半连接队列的最大长度 lopt->nr_table_entries = nr_table_entries; write_lock_bh(&queue->syn_wait_lock); //半连接队列设置 queue->listen_opt = lopt; write_unlock_bh(&queue->syn_wait_lock); return 0; }