Linux tcp/ip 源码分析

accept方法对应的内核源码为

// net/socket.c
SYSCALL_DEFINE3(accept, int, fd, struct sockaddr __user *, upeer_sockaddr,
    int __user *, upeer_addrlen)
{
  return sys_accept4(fd, upeer_sockaddr, upeer_addrlen, 0);
}

该方法调用了名为accept4的系统调用

// net/socket.c
SYSCALL_DEFINE4(accept4, int, fd, struct sockaddr __user *, upeer_sockaddr,
    int __user *, upeer_addrlen, int, flags)
{
  struct socket *sock, *newsock;
  struct file *newfile;
  ...
  sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);
  ...
  newsock = sock_alloc();
  ...
  newsock->type = sock->type;
  newsock->ops = sock->ops;
  ...
  newfd = get_unused_fd_flags(flags);
  ...
  newfile = sock_alloc_file(newsock, flags, sock->sk->sk_prot_creator->name);
  ...
  err = sock->ops->accept(sock, newsock, sock->file->f_flags, false);
  ...
  fd_install(newfd, newfile);
  err = newfd;
  ...
  return err;
  ...
}

方法描述

1. 根据fd找到对应的listening socket。

2. 调用sock_alloc方法新分配一个socket实例。

3. 将sock->type赋值给newsock->type，type值为SOCK_STREAM。

4. 将sock->ops赋值给newsock->ops，ops值为&inet_stream_ops。

5. 找一个未使用的文件描述符赋值给newfd。

6. 为newsock创建一个新的struct file实例，并赋值给newfile。

7. 调用sock->ops->accept方法继续执行accept逻辑，将获取到的struct sock赋值到newsock->sk字段。

8. 调用fd_install方法建立newfd到newfile的映射关系。

9. 返回newfd给用户。

在继续看sock->ops->accept方法之前，我们先说下struct socket和struct sock的关系。

1. struct socket是给用户使用的，struct sock是内核内部使用的。

2. struct socket是struct sock的一层wrapper，struct socket通过sk字段持有struct sock实例。

3. 使用逻辑一般是，先通过fd找到struct file, 再通过file->private_data找到struct socket，再通过sock->sk找到struct sock。

4. struct sock存放的是各种sock的通用数据，用面向对象的语言来说，它是一个基类，它的子类很多，比如struct tcp_sock等，当内核要访问子类数据时，先会把struct sock强转成子类类型，比如struct tcp_sock，再访问其内部字段。

我们继续来看上面的sock->ops->accept方法。

由第一篇文章我们可以知道，sock->ops->accept指向的方法为inet_accept。

// net/ipv4/af_inet.c
int inet_accept(struct socket *sock, struct socket *newsock, int flags,
    bool kern)
{
  struct sock *sk1 = sock->sk;
  ...
  struct sock *sk2 = sk1->sk_prot->accept(sk1, flags, &err, kern);
  ...
  sock_graft(sk2, newsock);

  newsock->state = SS_CONNECTED;
  err = 0;
  ...
  return err;
}
EXPORT_SYMBOL(inet_accept);

方法描述

1. 调用sk1->sk_prot->accept方法，从建立连接成功的sock队列中拿出一个sock，赋值给sk2。

2. 调用sock_graft方法，将sk2赋值到newsock->sk字段。

3. 设置newsock->state为SS_CONNECTED。

4. return 0 给上层，表示没有错误。

继续看下sk1->sk_prot->accept方法，由第一篇文章我们可以知道，sk1->sk_prot->accept指向的是inet_csk_accept方法。

// net/ipv4/inet_connection_sock.c
struct sock *inet_csk_accept(struct sock *sk, int flags, int *err, bool kern)
{
  struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
  struct request_sock_queue *queue = &icsk->icsk_accept_queue;
  struct request_sock *req;
  struct sock *newsk;
  ...
  /* Find already established connection */
  if (reqsk_queue_empty(queue)) {
    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;

    error = inet_csk_wait_for_connect(sk, timeo);
    ...
  }
  req = reqsk_queue_remove(queue, sk);
  newsk = req->sk;
  ...
  return newsk;
  ...
}
EXPORT_SYMBOL(inet_csk_accept);

方法描述

1. 将icsk->icsk_accept_queue赋值给queue变量。

由上一篇文章我们可以知道，当tcp三次握手完成之后，会将连接建立成功的struct request_sock实例放到icsk->icsk_accept_queue队列中。

2. 判断queue指向的队列是否为空，如果不为空，则移除第一个struct request_sock实例，并赋值给req变量。

3. 将req->sk指向的struct sock实例赋值给newsk，并返回给上层。

4. 当queue指向的队列为空时，则根据flags中是否有O_NONBLOCK标志，设置timeo的值。

如果有O_NONBLOCK标志，timeo被赋值为0，如果没有，则被赋值为一个大于0的值。

5. 当timeo为0时，表示用户设置了socket的状态为nonblocking，返回-EAGAIN错误码。

6. 当timeo不为0时，调用inet_csk_wait_for_connect方法，等待有新的连接建立成功，并加入到icsk->icsk_accept_queue队列中。

看下inet_csk_wait_for_connect方法

// net/ipv4/inet_connection_sock.c
static int inet_csk_wait_for_connect(struct sock *sk, long timeo)
{
  struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
  DEFINE_WAIT(wait);
  ...
  for (;;) {
    prepare_to_wait_exclusive(sk_sleep(sk), &wait,
            TASK_INTERRUPTIBLE);
    ...
    if (reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))
      timeo = schedule_timeout(timeo);
    ...
    if (!reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))
      break;
    ...
    err = -EAGAIN;
    if (!timeo)
      break;
  }
  ...
  return err;
}

方法描述

1. 通过宏DEFINE_WAIT，定义一个类型为struct wait_queue_entry的wait变量，用于阻塞时事件通知。

2. 调用prepare_to_wait_exclusive方法，将wait变量加入到事件变动通知队列sk_sleep(sk)中。

3. 调用schedule_timeout方法，堵塞线程timeo时间。

4. 当新连接建立好并放入到icsk->icsk_accept_queue队列，或者timeo超时，线程会从阻塞状态中退出。

5. 检查是否有新连接，如果有则返回。

6. 检查timeo剩余时间是否为0，如果是，则说明已经等待超时，返回错误码-EAGAIN给上层。

完。

本文分享自微信公众号 - Linux内核及JVM底层相关技术研究（ytcode），作者：wangyuntao

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原始发表时间：2019-03-02

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来源：oschina

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