从内核角度分析 listen() 系统调用的 backlog 参数作用
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：
struct sock *
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。