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