tcp connection setup的实现

bind的实现:

先来介绍几个地址结构.

struct sockaddr 其实相当于一个基类的地址结构,其他的结构都能够直接转到sockaddr.举个例子比如当sa_family为PF_INET时,sa_data就包含了端口号和ip地址(in_addr结构).

Java代码



struct sockaddr {

sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */

};

接下来就是sockaddr_in ,它表示了所有的ipv4的地址结构.可以看到他也就相当于sockaddr 的一个子类.

Java代码



struct sockaddr_in {

sa_family_t sin_family; /* Address family */

__be16 sin_port; /* Port number */

struct in_addr sin_addr; /* Internet address */

/* Pad to size of `struct sockaddr'. */

unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -

sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];

};

这里还有一个内核比较新的地质结构sockaddr_storage,他可以容纳所有类型的套接口结构,比如ipv4,ipv6..可以看到它是强制对齐的,相比于sockaddr.

Java代码



struct __kernel_sockaddr_storage {

unsigned short ss_family; /* address family */

///每个协议实现自己的地址结构.

char __data[_K_SS_MAXSIZE - sizeof(unsigned short)];

/* space to achieve desired size, */

/* _SS_MAXSIZE value minus size of ss_family */

} __attribute__ ((aligned(_K_SS_ALIGNSIZE))); /* force desired alignment */

接下来看几个和bind相关的数据结构:

第一个是inet_hashinfo,它主要用来管理 tcp的bind hash bucket(在tcp的初始化函数中会将tcp_hashinfo初始化.然后在tcp_prot中会将tcp_hashinfo付给结构体h,然后相应的我们就可以通过sock中的sock_common域来存取这个值).后面我们会分析这个流程.

Java代码



struct inet_hashinfo {

/* This is for sockets with full identity only. Sockets here will

* always be without wildcards and will have the following invariant:

*

* TCP_ESTABLISHED <= sk->sk_state < TCP_CLOSE

*

* TIME_WAIT sockets use a separate chain (twchain).

*/

///下面会分析这个结构.

struct inet_ehash_bucket *ehash;

rwlock_t *ehash_locks;

unsigned int ehash_size;

unsigned int ehash_locks_mask;



/* Ok, let's try this, I give up, we do need a local binding

* TCP hash as well as the others for fast bind/connect.

*/

///表示所有的已经在使用的端口号的信息.这里bhash也就是一个hash链表,而链表的元素是inet_bind_bucket,紧接着我们会分析这个结构.

struct inet_bind_hashbucket *bhash;



unsigned int bhash_size;

/* Note : 4 bytes padding on 64 bit arches */



/* All sockets in TCP_LISTEN state will be in here. This is the only

* table where wildcard'd TCP sockets can exist. Hash function here

* is just local port number.

*/

///listening_hash表示所有的处于listen状态的socket.

struct hlist_head listening_hash[INET_LHTABLE_SIZE];



/* All the above members are written once at bootup and

* never written again _or_ are predominantly read-access.

*

* Now align to a new cache line as all the following members

* are often dirty.

*/

rwlock_t lhash_lock ____cacheline_aligned;

atomic_t lhash_users;

wait_queue_head_t lhash_wait;

struct kmem_cache *bind_bucket_cachep;

};

struct inet_ehash_bucket管理所有的tcp状态在TCP_ESTABLISHED和TCP_CLOSE之间的socket.这里要注意,twchain表示处于TIME_WAIT的socket.

Java代码



struct inet_ehash_bucket {

struct hlist_head chain;

struct hlist_head twchain;

};

inet_bind_bucket结构就是每个使用的端口的信息,最终会把它链接到bhash链表中.

Java代码



struct inet_bind_bucket {

struct net *ib_net;

///端口号

unsigned short port;

///表示这个端口是否能够被重复使用.

signed short fastreuse;

///指向下一个端口的inet_bind_bucket 结构.

struct hlist_node node;

///也就是使用这个端口的socket链表

struct hlist_head owners;

};

最后一个结构是tcp_hashinfo他在 tcp_init中被初始化,而tcp_init是在inet_init中被初始化的.然后tcp_hashinfo会被赋值给tcp_proto和sock的sk_prot域.

Java代码



struct inet_hashinfo __cacheline_aligned tcp_hashinfo = {

.lhash_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(tcp_hashinfo.lhash_lock),

.lhash_users = ATOMIC_INIT(0),

.lhash_wait = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(tcp_hashinfo.lhash_wait),

};

然后来看bind的实现,bind对应的系统调用是sys_bind:

Java代码



asmlinkage long sys_bind(int fd, struct sockaddr __user *umyaddr, int addrlen)

{

struct socket *sock;

struct sockaddr_storage address;

int err, fput_needed;



///通过fd查找相应的socket,如果不存在则返回错误.

sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);

if (sock) {

///用户空间和内核的地址拷贝.

err = move_addr_to_kernel(umyaddr, addrlen, (struct sockaddr *)&address);

if (err >= 0) {

err = security_socket_bind(sock,

(struct sockaddr *)&address,

addrlen);

if (!err)

///调用inet_bind方法.

err = sock->ops->bind(sock,

(struct sockaddr *)

&address, addrlen);

}

///将socket对应的file结构的引用计数.

fput_light(sock->file, fput_needed);

}

return err;

}

sockfd_lookup_light主要是查找fd对应的socket

Java代码



static struct socket *sockfd_lookup_light(int fd, int *err, int *fput_needed)

{

struct file *file;

struct socket *sock;



*err = -EBADF;

///通过fd得到对应的file结构

file = fget_light(fd, fput_needed);

if (file) {

///我们在sock_map_fd通过sock_attach_fd中已经把file的private域赋值为socket,因此这里就直接返回socket.

sock = sock_from_file(file, err);

if (sock)

return sock;

fput_light(file, *fput_needed);

}

return NULL;

}

然后来看inet_bind的实现.

Java代码



int inet_bind(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)

{

///取得绑定地址.以及相关的socket和inet_sock.

struct sockaddr_in *addr = (struct sockaddr_in *)uaddr;

struct sock *sk = sock->sk;

struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);

unsigned short snum;

int chk_addr_ret;

int err;



/* If the socket has its own bind function then use it. (RAW) */

if (sk->sk_prot->bind) {

err = sk->sk_prot->bind(sk, uaddr, addr_len);

goto out;

}

err = -EINVAL;

if (addr_len < sizeof(struct sockaddr_in))

goto out;

///得到地址类型,比如广播地址之类的.

chk_addr_ret = inet_addr_type(sock_net(sk), addr->sin_addr.s_addr);



err = -EADDRNOT***AIL;



///主要是判断绑定的地址不是本地时的一些条件判断.

if (!sysctl_ip_nonlocal_bind &&

!inet->freebind &&

addr->sin_addr.s_addr != htonl(INADDR_ANY) &&

chk_addr_ret != RTN_LOCAL &&

chk_addr_ret != RTN_MULTICAST &&

chk_addr_ret != RTN_BROADCAST)

goto out;

///得到端口号.

snum = ntohs(addr->sin_port);

err = -EACCES;

///主要是端口号小于prot_sock(1024)必须得有root权限.如果没有则退出.capable就是用来判断权限的.

if (snum && snum < PROT_SOCK && !capable(CAP_NET_BIND_SERVICE))

goto out;



/* We keep a pair of addresses. rcv_saddr is the one

* used by hash lookups, and saddr is used for transmit.

*

* In the BSD API these are the same except where it

* would be illegal to use them (multicast/broadcast) in

* which case the sending device address is used.

*/

lock_sock(sk);



/* Check these errors (active socket, double bind). */

err = -EINVAL;

///检测状态是否为close.如果是close状态,说明这个socket前面已经bind过了.而num只有当raw socket时才会不为0

if (sk->sk_state != TCP_CLOSE || inet->num)

goto out_release_sock;



///设置相应的地址.rcv_saddr是通过hash查找的源地址,而saddr是ip层使用的源地址(ip头的源地址).

inet->rcv_saddr = inet->saddr = addr->sin_addr.s_addr;

///如果是多播或者广播,设置saddr.

if (chk_addr_ret == RTN_MULTICAST || chk_addr_ret == RTN_BROADCAST)

inet->saddr = 0; /* Use device */



///这里get_port用来发现我们绑定的端口,是否被允许使用.而get_port在tcp中,被实例化为inet_csk_get_port,接近着我们会分析它的实现.

if (sk->sk_prot->get_port(sk, snum)) {

inet->saddr = inet->rcv_saddr = 0;

err = -EADDRINUSE;

goto out_release_sock;

}

///这两个锁不太理解.不知道谁能解释下.

if (inet->rcv_saddr)

sk->sk_userlocks |= SOCK_BINDADDR_LOCK;

if (snum)

sk->sk_userlocks |= SOCK_BINDPORT_LOCK;

///设置源端口

inet->sport = htons(inet->num);

///目的地址和目的端口,暂时设为0

inet->daddr = 0;

inet->dport = 0;

sk_dst_reset(sk);

err = 0;

out_release_sock:

release_sock(sk);

out:

return err;

}

这里我先来介绍下inet_csk_get_port的流程.

当绑定的port为0时,这时也就是说需要kernel来分配一个新的port.

1 首先得到系统的port范围.

2 随机分配一个port.

3 从bhash中得到当前随机分配的端口的链表(也就是inet_bind_bucket链表).

4 遍历这个链表(链表为空的话,也说明这个port没有被使用),如果这个端口已经被使用,则将端口号加一,继续循环,直到找到当前没有被使用的port,也就是没有在bhash中存在的port.

5 新建一个inet_bind_bucket,并插入到bhash中.

当指定port时.

1 从bhash中根据hash值(port计算的)取得当前指定端口对应的inet_bind_bucket结构.

2 如果bhash中存在,则说明,这个端口已经在使用,因此需要判断这个端口是否允许被reuse.

3 如果不存在,则步骤和上面的第5部一样.

Java代码



int inet_csk_get_port(struct sock *sk, unsigned short snum)

{

struct inet_hashinfo *hashinfo = sk->sk_prot->h.hashinfo;

struct inet_bind_hashbucket *head;

struct hlist_node *node;

struct inet_bind_bucket *tb;

int ret;

struct net *net = sock_net(sk);



local_bh_disable();

if (!snum) {

///端口为0,也就是需要内核来分配端口.

int remaining, rover, low, high;

///得到端口范围.

inet_get_local_port_range(&low, &high);

remaining = (high - low) + 1;

rover = net_random() % remaining + low;



///循环来得到一个当前没有使用的端口.

do {

///通过端口为key,来得到相应的inet_bind_bucket

head = &hashinfo->bhash[inet_bhashfn(net, rover,

hashinfo->bhash_size)];

spin_lock(&head->lock);

inet_bind_bucket_for_each(tb, node, &head->chain)

if (tb->ib_net == net && tb->port == rover)

///说明这个端口已被使用,因此需要将端口加1,重新查找.

goto next;

break;

next:

spin_unlock(&head->lock);

///如果端口大于最大值,则将它赋值为最小值(这是因为我们这个端口是随机值,因此有可能很多端口就被跳过了),重新查找.

if (++rover > high)

rover = low;

} while (--remaining > 0);



/* Exhausted local port range during search? It is not

* possible for us to be holding one of the bind hash

* locks if this test triggers, because if 'remaining'

* drops to zero, we broke out of the do/while loop at

* the top level, not from the 'break;' statement.

*/

ret = 1;

if (remaining <= 0)

goto fail;

///将要分配的端口号.

snum = rover;

} else {

///指定端口号的情况.和上面的方法差不多,只不过只需要一次.

head = &hashinfo->bhash[inet_bhashfn(net, snum,

hashinfo->bhash_size)];

spin_lock(&head->lock);

inet_bind_bucket_for_each(tb, node, &head->chain)

if (tb->ib_net == net && tb->port == snum)

goto tb_found;

}

tb = NULL;

goto tb_not_found;

tb_found:

///用来处理端口号已经被使用的情况.他被使用的socket不为空的情况.

if (!hlist_empty(&tb->owners)) {

///fastreuse大于0说明其他的socket允许另外的socket也使用这个端口,而reuse表示当前的端口也允许和其他的端口分享这个port.并且socket的状态必须是TCP_LISTEN,才能做这个判断.

if (tb->fastreuse > 0 &&

sk->sk_reuse && sk->sk_state != TCP_LISTEN) {

goto success;

} else {

ret = 1;

///如果出错,调用inet_csk_bind_conflict.主要是有可能一些使用这个端口的socket,有可能使用不同的ip地址.此时,我们是可以使用这个端口的.

if (inet_csk(sk)->icsk_af_ops->bind_conflict(sk, tb))

goto fail_unlock;

}

}

tb_not_found:

ret = 1;

///重新分配一个inet_bind_bucket,并链接到bhash.

if (!tb && (tb = inet_bind_bucket_create(hashinfo->bind_bucket_cachep,

net, head, snum)) == NULL)

goto fail_unlock;

if (hlist_empty(&tb->owners)) {

///设置当前端口的fastreuse,这个域也只能是处于listen的socket才能设置.

if (sk->sk_reuse && sk->sk_state != TCP_LISTEN)

tb->fastreuse = 1;

else

tb->fastreuse = 0;

} else if (tb->fastreuse &&

(!sk->sk_reuse || sk->sk_state == TCP_LISTEN))

tb->fastreuse = 0;

success:

///将这个socket加到这个端口的ower中.

if (!inet_csk(sk)->icsk_bind_hash)

inet_bind_hash(sk, tb, snum);

WARN_ON(inet_csk(sk)->icsk_bind_hash != tb);

ret = 0;



fail_unlock:

spin_unlock(&head->lock);

fail:

local_bh_enable();

return ret;

}

在看listen的代码之前.我们也先来看相关的数据结构:

其中inet_connection_sock我们先前已经介绍过了,它包含了一个icsk_accept_queue的域,这个域是一个request_sock_queue类型,.我们就先来看这个结构:

request_sock_queue也就表示一个request_sock队列.这里我们知道,tcp中分为半连接队列(处于SYN_RECVD状态)和已完成连接队列(处于established状态).这两个一个是刚接到syn,等待三次握手完成,一个是已经完成三次握手,等待accept来读取.

这里每个syn分节到来都会新建一个request_sock结构,并将它加入到listen_sock的request_sock hash表中.然后3次握手完毕后,将它放入到request_sock_queue的rskq_accept_head和rskq_accept_tail队列中.这样当accept的时候就直接从这个队列中读取了.

Java代码



struct request_sock_queue {

///一个指向头,一个指向结尾.

struct request_sock *rskq_accept_head;

struct request_sock *rskq_accept_tail;

rwlock_t syn_wait_lock;

u8 rskq_defer_accept;

/* 3 bytes hole, try to pack */

///相应的listen_socket结构.

struct listen_sock *listen_opt;

};

listen_sock 表示一个处于listening状态的socket.

Java代码



struct listen_sock {

///log_2 of maximal queued SYNs/REQUESTs ,这里不太理解这个域的作用.

u8 max_qlen_log;

/* 3 bytes hole, try to use */

///当前的半连接队列的长度.

int qlen;

///也是指当前的半开连接队列长度,不过这个值会当重传syn/ack的时候(这里要注意是这个syn/ack第一次重传的时候才会减一)自动减一.

int qlen_young;

int clock_hand;

u32 hash_rnd;

///这个值表示了当前的syn_backlog(半开连接队列)的最大值

u32 nr_table_entries;

///半连接队列.

struct request_sock *syn_table[0];

};

最后来看下request_sock,它保存了tcp双方传输所必需的一些域,比如窗口大小,对端速率,对端数据包序列号等等这些值.

Java代码



struct request_sock {

struct request_sock *dl_next; /* Must be first member! */

///mss值.

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 */

///窗口大小.

u32 rcv_wnd; /* rcv_wnd offered first time */

u32 ts_recent;

unsigned long expires;

///这个域包含了发送ack的操作集合.

const struct request_sock_ops *rsk_ops;

struct sock *sk;

u32 secid;

u32 peer_secid;

};

listen的对应的系统调用是sys_listen,它首先通过sockfd_lookup_light查找到相应的socket,然后调用inet_listen,大体流程和bind差不多,只不过中间调用的是inet_listen罢了.

这里还有一个概念那就是backlog,在linux中,backlog的大小指的是已完成连接队列的大小.而不是和半连接队列之和.而半开连接的大小一般是和backlog差不多大小.

而半开连接队列的最大长度是根据backlog计算的,我们后面会介绍这个.

因此我们直接来看inet_listen的实现,这个函数主要是进行一些合法性判断,然后调用inet_csk_listen_start来对相关域进行处理:

Java代码



int inet_listen(struct socket *sock, int backlog)

{

struct sock *sk = sock->sk;

unsigned char old_state;

int err;



lock_sock(sk);



err = -EINVAL;

///判断状态(非连接状态)以及socket类型.

if (sock->state != SS_UNCONNECTED || sock->type != SOCK_STREAM)

goto out;



old_state = sk->sk_state;

///状态必须为close或者listen.

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.

*/

///非listen状态,需要我们处理.

if (old_state != TCP_LISTEN) {

err = inet_csk_listen_start(sk, backlog);

if (err)

goto out;

}

///将backlog赋值给sk_max_ack_backlog,也就是完全连接队列最大值.

sk->sk_max_ack_backlog = backlog;

err = 0;



out:

release_sock(sk);

return err;

}

然后来看inet_csk_listen_start的实现.

它的主要工作是新分配一个listen socket,将它加入到inet_connection_sock的icsk_accept_queue域的listen_opt中.然后对当前使用端口进行判断.最终返回:

Java代码



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);

///新分配一个listen socket.

int rc = reqsk_queue_alloc(&icsk->icsk_accept_queue, nr_table_entries);



if (rc != 0)

return rc;

///先将这两个ack_backlog赋值为0.

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.

*/

///设置状态.

sk->sk_state = TCP_LISTEN;

///get_port上面已经分析过了.这里之所以还要再次判断一下端口,是为了防止多线程,也就是另一个线程在我们调用listen之前改变了这个端口的信息.

if (!sk->sk_prot->get_port(sk, inet->num)) {

//端口可用的情况,将端口值付给sport,并加入到inet_hashinfo(上面已经分析过)的listening_hash hash链表中.

inet->sport = htons(inet->num);



sk_dst_reset(sk);

///这里调用__inet_hash实现的.

sk->sk_prot->hash(sk);



return 0;

}

///不可用,则返回错误.

sk->sk_state = TCP_CLOSE;

__reqsk_queue_destroy(&icsk->icsk_accept_queue);

return -EADDRINUSE;

}

最后我们来看下reqsk_queue_alloc的实现:

Java代码



///半开连接的最大长度.

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;

///在当前的nr_table_entries(也就是listen传进来的backlog)和sysctl_max_syn_backlog取一个较小的值.

nr_table_entries = min_t(u32, nr_table_entries, sysctl_max_syn_backlog);



///也就是说nr_table_entries不能小于8.

nr_table_entries = max_t(u32, nr_table_entries, 8);



///其实也就是使nr_table_entries更接近于2的次幂

nr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1);

///最终所要分配的listen_sock 的大小.

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;

///计算max_qlen_log的值,他最小要为3,最大为对nr_table_entries求以2为低的log..

for (lopt->max_qlen_log = 3;

(1 << lopt->max_qlen_log) < nr_table_entries;

lopt->max_qlen_log++);



get_random_bytes(&lopt->hash_rnd, sizeof(lopt->hash_rnd));

rwlock_init(&queue->syn_wait_lock);

queue->rskq_accept_head = NULL;

///给nr_table_entries赋值.

lopt->nr_table_entries = nr_table_entries;



write_lock_bh(&queue->syn_wait_lock);

///将listen_socket赋值给queue->listen_opt

queue->listen_opt = lopt;

write_unlock_bh(&queue->syn_wait_lock);



return 0;

}

首先来看下内核如何处理3次握手的半连接队列和accept队列(其实也就是server端的三次握手的状态变换).而半连接队列和accept队列在内核如何表示,我们上次已经介绍过了,这里就不介绍了.

首先我们知道当3层的数据包到达之后会调用4层的协议handle,tcp的话就是tcp_v4_rcv.如何调用可以看我前面的blog:

而在tcp_v4_rcv中,则最终会调用tcp_v4_do_rcv来处理输入数据包.在看tcp_v4_do_rcv之前,我们先来看在tcp_v4_rcv中,内核如何通过4元组(目的,源端口和地址)来查找对应得sock对象.

在分析之前,我们要知道,当一对tcp连接3次握手完毕后,内核将会重新new一个socket,这个socket中的大部分域都是与主socket相同的.而把这个新的socket的状态设置为established,而主socket的状态依旧为listen状态.

而通过前面的blog分析,我们也知道在inet_hashinfo中将处于listening状态的socket和处于TCP_ESTABLISHED与TCP_CLOSE之间的状态的socket是分开的,一个是ehash,一个是listening_hash.因此通过对应的4元组查找socket也是分开在这两个hash链表中操作的.

内核是通过调用__inet_lookup来查找socket的:

Java代码



///在tcp_v4_rcv中的代码片段.

sk = __inet_lookup(net, &tcp_hashinfo, iph->saddr,

th->source, iph->daddr, th->dest, inet_iif(skb));



static inline struct sock *__inet_lookup(struct net *net,

struct inet_hashinfo *hashinfo,

const __be32 saddr, const __be16 sport,

const __be32 daddr, const __be16 dport,

const int dif)

{

u16 hnum = ntohs(dport);

struct sock *sk = __inet_lookup_established(net, hashinfo,

saddr, sport, daddr, hnum, dif);



return sk ? : __inet_lookup_listener(net, hashinfo, daddr, hnum, dif);

}

tcp_hashinfo我们前面也已经分析过了,包含了所有tcp所用到的hash信息,比如socket,port等等.这里的查找其实就是在tcp_hashinfo中(其实是它的域ehash或者listening_hash)查找相应的socket.

我们可以看到内核在这里进行了两次查找,首先是在established状态的socket中查找,处于established状态,说明3次握手已经完成,因此这个socket可以通过简单的4元组hash在hashinfo的ehash中查找.

而当在__inet_lookup_established中没有找到时,则将会__inet_lookup_listener中查找.也就是在处于listening状态的socket中查找(这里主要是通过daddr也就是目的地址来进行匹配).

当找到对应的socket以后就会进入数据包的处理,也就是进入tcp_v4_do_rcv函数.

Java代码



int tcp_v4_do_rcv(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

{

struct sock *rsk;

..................................................



///如果为TCP_ESTABLISHED状态,则进入相关处理

if (sk->sk_state == TCP_ESTABLISHED) { /* Fast path */

TCP_CHECK_TIMER(sk);

if (tcp_rcv_established(sk, skb, tcp_hdr(skb), skb->len)) {

rsk = sk;

goto reset;

}

TCP_CHECK_TIMER(sk);

return 0;

}



///进行包头的合法性校验.

if (skb->len < tcp_hdrlen(skb) || tcp_checksum_complete(skb))

goto csum_err;

///进入TCP_LISTEN状态.

if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {

struct sock *nsk = tcp_v4_hnd_req(sk, skb);

if (!nsk)

goto discard;



if (nsk != sk) {

if (tcp_child_process(sk, nsk, skb)) {

rsk = nsk;

goto reset;

}

return 0;

}

}



TCP_CHECK_TIMER(sk);

///进入其他状态的处理.除了ESTABLISHED和TIME_WAIT状态.

if (tcp_rcv_state_process(sk, skb, tcp_hdr(skb), skb->len)) {

rsk = sk;

goto reset;

}

TCP_CHECK_TIMER(sk);

return 0;

......................................................................

}

可以看到当进来之后,会通过判断socket的不同状态来进入不同的处理.这里其实就分了3种状态,TCP_ESTABLISHED,TCP_LISTEN和剩余的的状态.

我们这里先不分析TCP_ESTABLISHED.

我们先来看当第一个syn分解到达后,内核会做怎么样处理.首先它会进入tcp_v4_hnd_req函数,这个函数我们后面会处理,这里只需要知道当为第一个syn分节时,它会返回当前socket.因此此时nsk == sk,所以我们进入tcp_rcv_state_process函数,这个函数处理除了ESTABLISHED和TIME_WAIT状态之外的所有状态.

我们这里只看他的listen状态处理,后面的话也是遇到一个状态,我们看一个状态的处理:

Java代码



int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,

struct tcphdr *th, unsigned len)

{

struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);

///取得对应的inet_connection_sock .

struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);

int queued = 0;

tp->rx_opt.saw_tstamp = 0;



switch (sk->sk_state) {

case TCP_LISTEN:

///当为ack分节,则返回1,而对应内核会发送一个rst给对端.

if (th->ack)

return 1;

///如果是rst,则忽略这个分组.

if (th->rst)

goto discard;

///是syn分组,因此调用对应的虚函数conn_request,而这个函数在tcpv4中被初始化为tcp_v4_conn_request.

if (th->syn) {

if (icsk->icsk_af_ops->conn_request(sk, skb) < 0)

return 1;

kfree_skb(skb);

return 0;

}

goto discard;

............................................................

}

可以看到最终会调用tcp_v4_conn_request来处理syn分组,我们接下来就来看这个函数的实现.

先来看几个相关的函数,第一个是reqsk_queue_is_full,他来判断半连接队列是否已满.其实实现很简单,就是判断qlen和max_qlen_log的大小:

Java代码



static inline int reqsk_queue_is_full(const struct request_sock_queue *queue)

{

return queue->listen_opt->qlen >> queue->listen_opt->max_qlen_log;

}

第二个是sk_acceptq_is_full,它用来判断accept队列是否已满.这个也是很简单,比较当前的队列大小sk_ack_backlog与最大的队列大小sk_max_ack_backlog.

Java代码



static inline int sk_acceptq_is_full(struct sock *sk)

{

return sk->sk_ack_backlog > sk->sk_max_ack_backlog;

}

最后一个是tcp_openreq_init,它用来新建一个inet_request_sock,我们知道每次一个syn到达后,我们都会新建一个inet_request_sock,并加入到半连接队列.

Java代码



static inline void tcp_openreq_init(struct request_sock *req,

struct tcp_options_received *rx_opt,

struct sk_buff *skb)

{

struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req);



req->rcv_wnd = 0; /* So that tcp_send_synack() knows! */

req->cookie_ts = 0;

tcp_rsk(req)->rcv_isn = TCP_SKB_CB(skb)->seq;

req->mss = rx_opt->mss_clamp;

req->ts_recent = rx_opt->saw_tstamp ? rx_opt->rcv_tsval : 0;

ireq->tstamp_ok = rx_opt->tstamp_ok;

ireq->sack_ok = rx_opt->sack_ok;

ireq->snd_wscale = rx_opt->snd_wscale;

ireq->wscale_ok = rx_opt->wscale_ok;

ireq->acked = 0;

ireq->ecn_ok = 0;

ireq->rmt_port = tcp_hdr(skb)->source;

}

接下来来看tcp_v4_conn_request的实现,

Java代码



int tcp_v4_conn_request(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

{

struct inet_request_sock *ireq;

struct tcp_options_received tmp_opt;

struct request_sock *req;

__be32 saddr = ip_hdr(skb)->saddr;

__be32 daddr = ip_hdr(skb)->daddr;

///这个名字实在是无语,when具体表示什么不太理解,只是知道它是用来计算rtt的.

__u32 isn = TCP_SKB_CB(skb)->when;

struct dst_entry *dst = NULL;

#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES

int want_cookie = 0;

#else

#define want_cookie 0 /* Argh, why doesn't gcc optimize this :( */

#endif



///如果是广播或者多播,则丢掉这个包.

if (skb->rtable->rt_flags & (RTCF_BROADCAST | RTCF_MULTICAST))

goto drop;



///判断半连接队列是否已经满掉.如果满掉并且处于非timewait状态,则丢掉这个包(如果设置了SYN Cookie则会继续进行,因为SYN Cookie不需要新分配半连接队列,详细的SYN Cookie请google)

if (inet_csk_reqsk_queue_is_full(sk) && !isn) {

#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES

if (sysctl_tcp_syncookies) {

want_cookie = 1;

} else

#endif

goto drop;

}

///如果accept队列已满,并且qlen_young大于一就丢掉这个包,这里qlen_young大于一表示在syn队列中已经有足够多的(这里不包括重传的syn)请求了.

if (sk_acceptq_is_full(sk) && inet_csk_reqsk_queue_young(sk) > 1)

goto drop;

req = inet_reqsk_alloc(&tcp_request_sock_ops);

if (!req)

goto drop;

...................................................



///对tmp_opt进行初始化,而tcp_options_received中包含了tcp的一些选项信息(比如mss,窗口扩大因子等等)

tcp_clear_options(&tmp_opt);

tmp_opt.mss_clamp = 536;

tmp_opt.user_mss = tcp_sk(sk)->rx_opt.user_mss;



///对对端的tcp_options_received进行解析,并对本端得tcp_options_received进行初始化.

tcp_parse_options(skb, &tmp_opt, 0);



.......................................................

///这里对新的req进行初始化.



tcp_openreq_init(req, &tmp_opt, skb);

...............................................



///这里将tcp_options_received保存到req中.

ireq->opt = tcp_v4_save_options(sk, skb);

if (!want_cookie)

TCP_ECN_create_request(req, tcp_hdr(skb));



if (want_cookie) {

#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES

syn_flood_warning(skb);

req->cookie_ts = tmp_opt.tstamp_ok;

#endif

isn = cookie_v4_init_sequence(sk, skb, &req->mss);

}else if (!isn) {

.............................................

///计算当前一个合适的isn,并返回.

isn = tcp_v4_init_sequence(skb);

}



///赋值发送给对端的isn

tcp_rsk(req)->snt_isn = isn;



///发送syn和ack(如果设置了want_cookie则不会将这个req链接到半连接队列中.

if (__tcp_v4_send_synack(sk, req, dst) || want_cookie)

goto drop_and_free;



///将这个req链接到半连接队列中.

inet_csk_reqsk_queue_hash_add(sk, req, TCP_TIMEOUT_INIT);

return 0;



drop_and_release:

dst_release(dst);

drop_and_free:

reqsk_free(req);

drop:

return 0;

}

而tcp_v4_hnd_req的主要工作是在半连接队列中看是否存在当前的socket,如果存在则说明这个有可能是最终的ack包,因此将会做一系列的合法性校验(比如重传,rst,syn等等),最终确定这个是ack后会调用对应的新建socket的虚函数syn_recv_sock.

Java代码



static struct sock *tcp_v4_hnd_req(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

{

struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);

const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);

struct sock *nsk;

struct request_sock **prev;

///通过socket,查找对应request_sock

struct request_sock *req = inet_csk_search_req(sk, &prev, th->source,

iph->saddr, iph->daddr);

if (req)

///如果存在则进入req的相关处理.

return tcp_check_req(sk, skb, req, prev);



///不存在,则通过inet_lookup_established查找.这是因为有可能当我们进入这个函数之前,socket的状态被改变了,也就是这个socket的状态已经不是listen了.



nsk = inet_lookup_established(sock_net(sk), &tcp_hashinfo, iph->saddr,

th->source, iph->daddr, th->dest, inet_iif(skb));



if (nsk) {

if (nsk->sk_state != TCP_TIME_WAIT) {

///非tw状态返回新的socket.

bh_lock_sock(nsk);

return nsk;

}

///如果是timewait状态则返回空.

inet_twsk_put(inet_twsk(nsk));

return NULL;

}



#ifdef CONFIG_SYN_COOKIES

if (!th->rst && !th->syn && th->ack)

sk = cookie_v4_check(sk, skb, &(IPCB(skb)->opt));

#endif

return sk;

}

tcp_check_req最主要工作就是调用虚函数,新建一个socket,并返回.

先来看几个相关的函数,第一个是inet_csk_reqsk_queue_unlink,它主要用来从半连接队列unlink掉一个元素.:

Java代码



static inline void inet_csk_reqsk_queue_unlink(struct sock *sk,

struct request_sock *req,

struct request_sock **prev)

{

reqsk_queue_unlink(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req, prev);

}



static inline void reqsk_queue_unlink(struct request_sock_queue *queue,

struct request_sock *req,

struct request_sock **prev_req)

{

write_lock(&queue->syn_wait_lock);

///处理链表.

*prev_req = req->dl_next;

write_unlock(&queue->syn_wait_lock);

}

第二个是inet_csk_reqsk_queue_removed,它主要用来修改对应的qlen和qlen_young的值.

Java代码



static inline void inet_csk_reqsk_queue_removed(struct sock *sk,

struct request_sock *req)

{

if (reqsk_queue_removed(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req) == 0)

inet_csk_delete_keepalive_timer(sk);

}



static inline int reqsk_queue_removed(struct request_sock_queue *queue,

struct request_sock *req)

{

struct listen_sock *lopt = queue->listen_opt;

///如果重传数为0则说明没有重传过,因此qlen_young跟着也减一.

if (req->retrans == 0)

--lopt->qlen_young;



return --lopt->qlen;

}

最后是inet_csk_reqsk_queue_add,它用来把新的req加入到accept队列中.

Java代码



static inline void inet_csk_reqsk_queue_add(struct sock *sk,

struct request_sock *req,

struct sock *child)

{

reqsk_queue_add(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req, sk, child);

}





static inline void reqsk_queue_add(struct request_sock_queue *queue,

struct request_sock *req,

struct sock *parent,

struct sock *child)

{

req->sk = child;

sk_acceptq_added(parent);

///可以看到刚好就是request_sock_queue的rskq_accept_head与rskq_accept_tail保存accept队列.

if (queue->rskq_accept_head == NULL)

queue->rskq_accept_head = req;

else

queue->rskq_accept_tail->dl_next = req;



queue->rskq_accept_tail = req;

req->dl_next = NULL;

}

然后再来看tcp_check_req的实现.

Java代码



struct sock *tcp_check_req(struct sock *sk,struct sk_buff *skb,

struct request_sock *req,

struct request_sock **prev)

{

const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);

__be32 flg = tcp_flag_word(th) & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN|TCP_FLAG_ACK);

int paws_reject = 0;

struct tcp_options_received tmp_opt;

struct sock *child;



tmp_opt.saw_tstamp = 0;

......................................

///如果只有rst和syn域则发送一个rst给对端.

if (flg & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN)) {

TCP_INC_STATS_BH(sock_net(sk), TCP_MIB_ATTEMPTFAILS);

goto embryonic_reset;

}



///如果是重传的syn,则重新发送syn和ack分组.

if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn &&

flg == TCP_FLAG_SYN &&

!paws_reject) {

req->rsk_ops->rtx_syn_ack(sk, req);

return NULL;

}



..........................................



///确定有设置ack分节.

if (!(flg & TCP_FLAG_ACK))

return NULL;



///这里主要处理TCP_DEFER_ACCEPT被设置的情况,如果它被设置,则丢掉这个包.(这是因为TCP_DEFER_ACCEPT会等待数据真正发过来才处理的,而不是最后一个ack发过来就处理)

if (inet_csk(sk)->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept &&

TCP_SKB_CB(skb)->end_seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn + 1) {

inet_rsk(req)->acked = 1;

return NULL;

}



///可以创建一个新的socket了.返回一个包含新创建的socket的request结构.

child = inet_csk(sk)->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, NULL);

if (child == NULL)

goto listen_overflow;

..................................

#endif

///创建成功,则在request_sock_queue的listen_opt中unlink掉这个req.也就是从半连接队列中删除这个req.

inet_csk_reqsk_queue_unlink(sk, req, prev);

///修改对应的 qlen和qlen_young的值.

inet_csk_reqsk_queue_removed(sk, req);

///最后加入到accept队列中.这里注意最终是将新的socket赋值给对应的req.

inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, child);

return child;



listen_overflow:

if (!sysctl_tcp_abort_on_overflow) {

inet_rsk(req)->acked = 1;

return NULL;

}



embryonic_reset:

NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_EMBRYONICRSTS);

if (!(flg & TCP_FLAG_RST))

req->rsk_ops->send_reset(sk, skb);



inet_csk_reqsk_queue_drop(sk, req, prev);

return NULL;

}

最后我们来看内核如何创建一个新的socket,tcp 协议使用tcp_v4_syn_recv_sock来实现,它做的其实很简单就是新建一个socket,并且设置状态为TCP_SYN_RECV(在inet_csk_clone中),父socket继续处于listen状态,然后对新的socket进行一些赋值,然后对一些定时器进行初始化.这里定时器我们全部都略过了,以后会专门来分析tcp中的定时器.

最后从tcp_v4_hnd_req中返回,判断是否与父socket相等,然后调用tcp_child_process函数:

这个函数主要是完成最终的三次握手,将子socket设置为TCP_ESTABLISHED然后根据条件唤醒被accept阻塞的主socket:

Java代码



int tcp_child_process(struct sock *parent, struct sock *child,

struct sk_buff *skb)

{

int ret = 0;

int state = child->sk_state;



if (!sock_owned_by_user(child)) {

///完成最终的三次握手.

ret = tcp_rcv_state_process(child, skb, tcp_hdr(skb),

skb->len);

/* Wakeup parent, send SIGIO */

if (state == TCP_SYN_RECV && child->sk_state != state)

///唤醒阻塞的主socket.

parent->sk_data_ready(parent, 0);

} else {

/* Alas, it is possible again, because we do lookup

* in main socket hash table and lock on listening

* socket does not protect us more.

*/

sk_add_backlog(child, skb);

}



bh_unlock_sock(child);

sock_put(child);

return ret;

}

最后来分析下在tcp_rcv_state_process中的处理当前的TCP_SYN_RECV状态,它主要是为将要到来的数据传输做一些准备,设置一些相关域.:

Java代码



case TCP_SYN_RECV:

if (acceptable) {

tp->copied_seq = tp->rcv_nxt;

smp_mb();

///设置状态为TCP_ESTABLISHED.

tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);

sk->sk_state_change(sk);



///这里的wake应该是针对epoll这类的

if (sk->sk_socket)

sk_wake_async(sk,

SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT);



///设置期望接收的isn号,也就是第一个字节的序列和窗口大小.

tp->snd_una = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;

tp->snd_wnd = ntohs(th->window) <<

tp->rx_opt.snd_wscale;

tcp_init_wl(tp, TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq,

TCP_SKB_CB(skb)->seq);



.........................................................................

break;

先来看下accept的实现.

其实accept的作用很简单,就是从accept队列中取出三次握手完成的socket,并将它关联到vfs上(其实操作和调用sys_socket时新建一个socket类似).然后返回.这里还有个要注意的,如果这个传递给accept的socket是非阻塞的话,就算accept队列为空,也会直接返回,而是阻塞的话就会休眠掉,等待accept队列有数据后唤醒他.

接下来我们就来看它的实现,accept对应的系统调用是 sys_accept,而他则会调用do_accept,因此我们直接来看do_accept:

Java代码



long do_accept(int fd, struct sockaddr __user *upeer_sockaddr,

int __user *upeer_addrlen, int flags)

{

struct socket *sock, *newsock;

struct file *newfile;

int err, len, newfd, fput_needed;

struct sockaddr_storage address;

.............................................

///这个函数前面已经分析过了,也就是通过fd,得到相应的socket.

sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);

if (!sock)

goto out;



err = -ENFILE;

///新建一个socket,也就是这个函数将要返回的socket.这里注意我们得到的是一个socket,而不是sock.下面会解释为什么这么做.

if (!(newsock = sock_alloc()))

goto out_put;



newsock->type = sock->type;

newsock->ops = sock->ops;



/*

* We don't need try_module_get here, as the listening socket (sock)

* has the protocol module (sock->ops->owner) held.

*/

__module_get(newsock->ops->owner);

///找到一个新的可用的文件句柄,以及file结构.是为了与刚才新建的socket关联起来.

newfd = sock_alloc_fd(&newfile, flags & O_CLOEXEC);

if (unlikely(newfd < 0)) {

err = newfd;

sock_release(newsock);

goto out_put;

}

///将新的socket和file关联起来.(这里所做的和我们第一篇所分析的信件socket的步骤是一样的,不理解的,可以去看我前面的blog

err = sock_attach_fd(newsock, newfile, flags & O_NONBLOCK);

if (err < 0)

goto out_fd_simple;



err = security_socket_accept(sock, newsock);

if (err)

goto out_fd;

///调用inet_accept

err = sock->ops->accept(sock, newsock, sock->file->f_flags);

if (err < 0)

goto out_fd;

///这里也就是取得accept到的句柄的源地址.也就是填充传递进来的upeer_sockaddr.

if (upeer_sockaddr) {

if (newsock->ops->getname(newsock, (struct sockaddr *)&address,

&len, 2) < 0) {

err = -ECONNABORTED;

goto out_fd;

}

err = move_addr_to_user((struct sockaddr *)&address,

len, upeer_sockaddr, upeer_addrlen);

if (err < 0)

goto out_fd;

}



/* File flags are not inherited via accept() unlike another OSes. */

///最终将新的file结构和fd关联起来,其实也就是最终将这个fd关联到当前进程的files中.

fd_install(newfd, newfile);

err = newfd;



security_socket_post_accept(sock, newsock);



out_put:

///文件描述符的引用计数加一.

fput_light(sock->file, fput_needed);

out:

///返回句柄.

return err;

.......................................

}

可以看到流程很简单,最终的实现都集中在inet_accept中了.而inet_accept主要做的就是

1 调用inet_csk_accept来进行对accept队列的操作.它会返回取得的sock.

2 将从inet_csk_accept返回的sock链接到传递进来的(也就是在do_accept中new的socket)中.这里就知道我们上面为什么只需要new一个socket而不是sock了.因为sock我们是直接从accept队列中取得的.

3 设置新的socket的状态为SS_CONNECTED.

Java代码



int inet_accept(struct socket *sock, struct socket *newsock, int flags)

{

struct sock *sk1 = sock->sk;

int err = -EINVAL;

///调用inet_csk_accept.

struct sock *sk2 = sk1->sk_prot->accept(sk1, flags, &err);



if (!sk2)

goto do_err;



lock_sock(sk2);

///测试tcp连接的状态.

WARN_ON(!((1 << sk2->sk_state) &

(TCPF_ESTABLISHED | TCPF_CLOSE_WAIT | TCPF_CLOSE)));

///将返回的sock链接到socket.

sock_graft(sk2, newsock);

///设置状态.

newsock->state = SS_CONNECTED;

err = 0;

release_sock(sk2);

do_err:

return err;

}

inet_csk_accept就是从accept队列中取出sock然后返回.

在看他的源码之前先来看几个相关函数的实现:

首先是reqsk_queue_empty,他用来判断accept队列是否为空:

Java代码



static inline int reqsk_queue_empty(struct request_sock_queue *queue)

{

return queue->rskq_accept_head == NULL;

}

然后是reqsk_queue_get_child,他主要是从accept队列中得到一个sock:

Java代码



static inline struct sock *reqsk_queue_get_child(struct request_sock_queue *queue,

struct sock *parent)

{

///首先从accept队列中remove这个socket并返回.

struct request_sock *req = reqsk_queue_remove(queue);

///取得socket.

struct sock *child = req->sk;



WARN_ON(child == NULL);

///这里主要是将sk_ack_backlog减一,也就是accept当前的数目减一.

sk_acceptq_removed(parent);

__reqsk_free(req);

return child;

}

这里还有一个inet_csk_wait_for_connect,它是用来在accept队列为空的情况下,休眠掉一段时间 (这里每个socket都有一个等待队列的(等待队列的用法请google,我这里就不阐述了).这里是每个调用的进程都会声明一个wait队列,然后将它连接到主的socket的等待队列链表中,然后休眠,等到唤醒.

Java代码



static int inet_csk_wait_for_connect(struct sock *sk, long timeo)

{

struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);

///定义一个waitqueue.

DEFINE_WAIT(wait);

int err;

..................................................

for (;;) {

///这里也就是把当前的进程的等待队列挂入sk中的sk_sleep队列,sk也就是主的那个socket.

prepare_to_wait_exclusive(sk->sk_sleep, &wait,

TASK_INTERRUPTIBLE);

release_sock(sk);

///再次判断是否为空.

if (reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))

///这个函数里面会休眠timeo时间(调用schedule让出cpu),或者被当accept队列有数据时唤醒(我们前面也有介绍这个)主的等待队列链表.,

timeo = schedule_timeout(timeo);

lock_sock(sk);

err = 0;

///非空则跳出.

if (!reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))

break;

err = -EINVAL;

if (sk->sk_state != TCP_LISTEN)

break;

err = sock_intr_errno(timeo);

if (signal_pending(current))

break;

///设置错误号.

err = -EAGAIN;

///时间为0则直接退出.

if (!timeo)

break;

}

///这里也就会从sk_sleep中remove掉当前的wait队列.

finish_wait(sk->sk_sleep, &wait);

return err;

}

然后来看inet_csk_accept的源码,这里有个阻塞和非阻塞的问题.非阻塞的话会直接返回的,就算accept队列为空.这个时侯设置errno为-EAGAIN.

Java代码



struct sock *inet_csk_accept(struct sock *sk, int flags, int *err)

{

struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);

struct sock *newsk;

int error;



lock_sock(sk);



/* We need to make sure that this socket is listening,

* and that it has something pending.

*/

error = -EINVAL;

///sk也就是主socket,他的状态我们前面也讲过会一直是TCP_LISTEN.

if (sk->sk_state != TCP_LISTEN)

goto out_err;



///然后判断accept队列是否为空

if (reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue)) {

///如果是O_NONBLOCK,则返回0,此时下面的inet_csk_wait_for_connect也就会立即返回.

long timeo = sock_rcvtimeo(sk, flags & O_NONBLOCK);



/* If this is a non blocking socket don't sleep */

error = -EAGAIN;

if (!timeo)

goto out_err;

///休眠或者立即返回.

error = inet_csk_wait_for_connect(sk, timeo);

if (error)

goto out_err;

}

///得到sock并从accept队列中remove.

newsk = reqsk_queue_get_child(&icsk->icsk_accept_queue, sk);

WARN_ON(newsk->sk_state == TCP_SYN_RECV);

out:

release_sock(sk);

return newsk;

out_err:

newsk = NULL;

*err = error;

goto out;

}

最后来大概分析下connect的实现.它的具体流程是:

1 由fd得到socket,并且将地址复制到内核空间

2 调用inet_stream_connect进行主要的处理.

这里要注意connect也有个阻塞和非阻塞的区别,阻塞的话调用inet_wait_for_connect休眠,等待握手完成,否则直接返回.

Java代码



asmlinkage long sys_connect(int fd, struct sockaddr __user *uservaddr,

int addrlen)

{

struct socket *sock;

struct sockaddr_storage address;

int err, fput_needed;

///得到socket.

sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);

if (!sock)

goto out;

///拷贝地址.

err = move_addr_to_kernel(uservaddr, addrlen, (struct sockaddr *)&address);

if (err < 0)

goto out_put;



err =

security_socket_connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen);

if (err)

goto out_put;

///调用处理函数.

err = sock->ops->connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen,

sock->file->f_flags);

out_put:

fput_light(sock->file, fput_needed);

out:

return err;

}

然后来看inet_stream_connect,他的主要工作是:

1 判断socket的状态.只有当为SS_UNCONNECTED也就是非连接状态时才调用tcp_v4_connect来进行连接处理.

2 判断tcp的状态sk_state只能为TCPF_SYN_SENT或者TCPF_SYN_RECV,才进入相关处理.

3 如果状态合适并且socket为阻塞模式则调用inet_wait_for_connect进入休眠等待握手完成,否则直接返回,并设置错误号为EINPROGRESS.

Java代码



int inet_stream_connect(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,

int addr_len, int flags)

{

struct sock *sk = sock->sk;

int err;

long timeo;



lock_sock(sk);

............................................



switch (sock->state) {

default:

err = -EINVAL;

goto out;

case SS_CONNECTED:

err = -EISCONN;

goto out;

case SS_CONNECTING:

err = -EALREADY;

/* Fall out of switch with err, set for this state */

break;

case SS_UNCONNECTED:

err = -EISCONN;

if (sk->sk_state != TCP_CLOSE)

goto out;

///调用tcp_v4_connect来处理连接.主要是发送syn.

err = sk->sk_prot->connect(sk, uaddr, addr_len);

if (err < 0)

goto out;

///设置状态.

sock->state = SS_CONNECTING;

///设置错误号.

err = -EINPROGRESS;

break;

}

///和上面的处理一样,如果非阻塞返回0,否则返回timeo.

timeo = sock_sndtimeo(sk, flags & O_NONBLOCK);



if ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) {

///如果非阻塞则直接返回.否则进入休眠等待三次握手完成并唤醒他.(这个函数和上面的inet_csk_wait_for_connect函数实现很类似,因此这里就不分析了)

if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo))

goto out;



err = sock_intr_errno(timeo);

if (signal_pending(current))

goto out;

}



/* Connection was closed by RST, timeout, ICMP error

* or another process disconnected us.

*/

if (sk->sk_state == TCP_CLOSE)

goto sock_error;

///设置socket状态.为已连接.

sock->state = SS_CONNECTED;

err = 0;

out:

release_sock(sk);

return err;



sock_error:

err = sock_error(sk) ? : -ECONNABORTED;

sock->state = SS_UNCONNECTED;

if (sk->sk_prot->disconnect(sk, flags))

sock->state = SS_DISCONNECTING;

goto out;

}

tcp_v4_connect的源码就不分析了,我这里只大概的介绍下他的流程:

1 判断地址的一些合法性.

2 调用ip_route_connect来查找出去的路由(包括查找临时端口等等).

3 设置sock的状态为TCP_SYN_SENT,并调用inet_hash_connect来查找一个临时端口(也就是我们出去的端口),并加入到对应的hash链表(具体操作和get_port很相似).

4 调用tcp_connect来完成最终的操作.这个函数主要用来初始化将要发送的syn包(包括窗口大小isn等等),然后将这个sk_buffer加入到socket的写队列.最终调用tcp_transmit_skb传输到3层.再往下的操作就可以看我前面的blog了.

最后来看下3次握手的客户端的状态变化,还是看tcp_rcv_state_process函数,这里我们进来的socket假设就是TCP_SYN_SENT状态,也就是在等待syn和ack分节:

Java代码



int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,

struct tcphdr *th, unsigned len)

{

..........................................



switch (sk->sk_state) {

case TCP_CLOSE:

goto discard;



case TCP_LISTEN:

..................................



case TCP_SYN_SENT:

///进入对应的状态机处理函数.

queued = tcp_rcv_synsent_state_process(sk, skb, th, len);

if (queued >= 0)

return queued;



/* Do step6 onward by hand. */

tcp_urg(sk, skb, th);

__kfree_skb(skb);

tcp_data_snd_check(sk);

return 0;

}

然后来看tcp_rcv_synsent_state_process中的状态变化:

Java代码



static int tcp_rcv_synsent_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,

struct tcphdr *th, unsigned len)

{

..................



if (th->ack) {

....................................

///如果是rst分节,则进行相关处理,

if (th->rst) {

tcp_reset(sk);

goto discard;

}

///如果过来的ack分节没有syn分节则直接丢掉这个包,然后返回.

if (!th->syn)

goto discard_and_undo;



..................................................

///如果校验都通过则设置状态为TCP_ESTABLISHED,下面就会发送最后一个ack分节.

tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);



.......................................

}



....................................................



if (th->syn) {

///如果只有syn分节,则此时设置状态为TCP_SYN_RECV.

tcp_set_state(sk, TCP_SYN_RECV);



...................................

///发送ack分节给对方.

tcp_send_synack(sk);

goto discard;

#endif

}

...................

}

这里如果只接受到syn,则三次握手还没完成,我们还在等待最后一个ack,因此此时有数据报的话,会再次落入tcp_rcv_state_process函数:

Java代码



if (th->ack) {

///是否这个ack可被接受.

int acceptable = tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH);



switch (sk->sk_state) {

case TCP_SYN_RECV:

if (acceptable) {



tp->copied_seq = tp->rcv_nxt;

smp_mb();

///设置为TCP_ESTABLISHED,三次握手完成.

tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);

sk->sk_state_change(sk);

///唤醒休眠在connect的队列.

if (sk->sk_socket)

sk_wake_async(sk,

SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT);



........................................

} else {

return 1;

}

break;