从内核角度分析 listen() 系统调用的 backlog 参数作用


编写服务端程序时,需要调用 listen() 系统调用来开始监听请求连接,listen() 系统调用的原型如下:

int listen(int sockfd, int backlog);

可以看到,listen() 系统调用需要传入两个参数,第一个 sockfd 表示监听的 socket 句柄,而 backlog 参数表示接收请求队列的长度。对于第一个参数比较容易理解,那么第二个参数的作用是什么呢?下面我们来分析一下。

listen() 系统调用在内核的实现

当我们在程序中调用 listen() 系统调用时,会触发调用内核的 sys_listen() 函数,sys_listen() 函数的实现如下:

asmlinkage long sys_listen(int fd, int backlog){
    struct socket *sock;
    int err;
    if ((sock = sockfd_lookup(fd, &err)) != NULL) { /* 步骤1 */
            if ((unsigned) backlog > SOMAXCONN)
                        backlog = SOMAXCONN;
            err=sock->ops->listen(sock, backlog);       /* 步骤2 */
            sockfd_put(sock);
    }    
    return err;
}

sys_listen() 函数的实现比较简单,过程如下:

  • 步骤1:首先调用 sockfd_lookup() 函数查找文件句柄 fd 对应的 socket 对象。

  • 步骤2:通过调用 socket 对象的的 listen() 方法来进行监听操作。

对于 TCP协议 来说,socket 对象的 listen() 方法会绑定到 inet_listen() 函数。所以 步骤2 最后会调用 inet_listen() 函数,inet_listen() 函数的实现如下:

int inet_listen(struct socket *sock, int backlog)
{
    struct sock *sk = sock->sk;
    unsigned char old_state;
    int err;

    lock_sock(sk);

    ...

    old_state = sk->state;
    if (!((1<<old_state)&(TCPF_CLOSE|TCPF_LISTEN)))
        goto out;

    if (old_state != TCP_LISTEN) {
        err = tcp_listen_start(sk);   /* 步骤1 */
        if (err)
            goto out;
    }

    sk->max_ack_backlog = backlog;    /* 步骤2 */
    err = 0;

out:
    release_sock(sk);
    return err;
}

inet_listen() 函数的实现也非常简单,主要分为两个步骤:

  • 步骤1:调用 tcp_listen_start() 函数把 socket 对象的状态设置为 TCP_LISTEN

  • 步骤2:把 socket 对象的 sk 成员变量的 max_ack_backlog 字段设置为 backlog

其中 max_ack_backlog 字段就是用于保存最大接收连接队列的长度,至此 listen() 函数的工作就完成了,那么内核在哪里限制接收连接队列的呢?

内核限制TCP连接队列

当网卡接收到数据时,会接收到数据包并封装成 sk_buff 对象,如果接收到的数据包是一个 TCP协议 的数据包,那么内核将会把数据包提交给 tcp_v4_rcv() 函数处理。我们只关注限制TCP连接队列的实现,所以这里直接给出限制逻辑相关的调用链:

tcp_v4_rcv() 
    \__> tcp_v4_do_rcv() 
             \__> tcp_v4_hnd_req() 
                        \__> tcp_check_req() 
                                   \__> tcp_v4_syn_recv_sock()


从上面的调用链可以看出,最后调用的函数是 tcp_v4_syn_recv_sock()tcp_v4_syn_recv_sock() 函数的作用是当对端连接完成 TCP三次握手 后,将创建一个新的 socket 连接对象。我们来看看 tcp_v4_syn_recv_sock() 函数对连接队列的限制逻辑:


tcp_v4_syn_recv_sock(struct sock *sk, 
                     struct sk_buff *skb,
                     struct open_request *req,
                     struct dst_entry *dst)
{
    struct tcp_opt *newtp;
    struct sock *newsk;

    if (tcp_acceptq_is_full(sk)) /* 判断接收队列是否超过限制 */
        goto exit_overflow;

    ...

    return newsk;

exit_overflow:
    NET_INC_STATS_BH(ListenOverflows);
exit:
    NET_INC_STATS_BH(ListenDrops);
    dst_release(dst);
    return NULL;
}


tcp_v4_syn_recv_sock() 函数首先调用了 tcp_acceptq_is_full() 来判断接收队列是否已经超过限制,如果超过限制就不再创建新的连接,tcp_acceptq_is_full() 函数的实现如下:


static inline int tcp_acceptq_is_full(struct sock *sk) {
    return sk->ack_backlog > sk->max_ack_backlog;
}


tcp_acceptq_is_full() 函数很简单,就是判断当前接收队列的数量是否超过了限制的最大数量,如果是就返回true,至此我们对 backlog 参数的作用分析完毕。



原文:https://mp.weixin.qq.com/s/DfJvIoLpaU5G1H-462qjRQ


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