漫画 | 理解了TCP连接的实现以后，客户端的并发也爆发了！

开发内功修炼

发布于 2022-03-24 18:06:30

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发布于 2022-03-24 18:06:30

echo "5000 65000" > /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

连接1：192.168.1.101 5000 192.168.1.100 8090
连接2：192.168.1.101 5001 192.168.1.100 8090
连接N：192.168.1.101 ... 192.168.1.100 8090
连接6W：192.168.1.101 65000 192.168.1.100 8090

//修改整个系统能打开的文件描述符为20W
echo 200000 > /proc/sys/fs/file-max


//修改所有用户每个进程可打开文件描述符为20W
#vi /etc/sysctl.conf
fs.nr_open=210000
#sysctl -p
#vi /etc/security/limits.conf
*  soft  nofile  200000
*  hard  nofile  200000

注意: limits中的hard limit不能超过nr_open, 所以要先改nr_open。而且最好是在sysctl.conf中改。避免重启的时候 hard limit生效了，nr_open不生效导致启动问题。

“socket中有一个主要的数据结构sock_common，在它里面有两个联合体。”

// file: include/net/sock.h
struct sock_common {
 union {
  __addrpair skc_addrpair; //TCP连接IP对儿 
  struct {
   __be32 skc_daddr;
   __be32 skc_rcv_saddr;
  };
 }; 
 union {
  __portpair skc_portpair; //TCP连接端口对儿
  struct {
   __be16 skc_dport;
   __u16 skc_num;
  };
 };
 ......
}

“其中skc_addrpair记录的是TCP连接里的IP对儿，skc_portpair记录的是端口对儿。”

“在网络包到达网卡之后，依次经历DMA、硬中断、软中断等处理，最后被送到socket的接收队列中了。”

“对于TCP协议来说，协议处理的入口函数是tcp_v4_rcv。我们看一下它的代码”

// file: net/ipv4/tcp_ipv4.c
int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb)
{
 ......
 th = tcp_hdr(skb); //获取tcp header
 iph = ip_hdr(skb); //获取ip header

 sk = __inet_lookup_skb(&tcp_hashinfo, skb, th->source, th->dest);
 ......
}

// file: include/net/inet_hashtables.h
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, saddr, sport,
          daddr, hnum, dif);
}

“先判断有没有连接状态的socket，这会走到__inet_lookup_established函数中”

struct sock *__inet_lookup_established(struct net *net,
      struct inet_hashinfo *hashinfo,
      const __be32 saddr, const __be16 sport,
      const __be32 daddr, const u16 hnum,
      const int dif)
{
 //将源端口、目的端口拼成一个32位int整数
 const __portpair ports = INET_COMBINED_PORTS(sport, hnum); 
 ......

 //内核用hash的方法加速socket的查找
 unsigned int hash = inet_ehashfn(net, daddr, hnum, saddr, sport); 
 unsigned int slot = hash & hashinfo->ehash_mask;
 struct inet_ehash_bucket *head = &hashinfo->ehash[slot];

begin:
 //遍历链表，逐个对比直到找到
 sk_nulls_for_each_rcu(sk, node, &head->chain) {
  if (sk->sk_hash != hash)
   continue;
  if (likely(INET_MATCH(sk, net, acookie,
          saddr, daddr, ports, dif))) {
   if (unlikely(!atomic_inc_not_zero(&sk->sk_refcnt)))
    goto begintw;
   if (unlikely(!INET_MATCH(sk, net, acookie,
       saddr, daddr, ports, dif))) {
    sock_put(sk);
    goto begin;
   }
   goto out;
  }
 }
}

// include/net/inet_hashtables.h
#define INET_MATCH(__sk, __net, __cookie, __saddr, __daddr, __ports, __dif) \
 ((inet_sk(__sk)->inet_portpair == (__ports)) &&  \
  (inet_sk(__sk)->inet_daddr == (__saddr)) &&  \
  (inet_sk(__sk)->inet_rcv_saddr == (__daddr)) &&  \
  (!(__sk)->sk_bound_dev_if ||    \
    ((__sk)->sk_bound_dev_if == (__dif)))  &&  \
  net_eq(sock_net(__sk), (__net)))

“在INET_MATCH中将网络包tcp header中的__saddr、__daddr、__ports和Linux中的socket中inet_portpair、inet_daddr、inet_rcv_saddr进行对比。如果匹配socket就找到了。当然除了ip和端口，INET_MATCH还比较了其它一些东东，所以TCP还有五元组、七元组之类的说法。”

# cat /etc/redhat-release
Red Hat Enterprise Linux Server release 6.2 (Santiago)

# ss -ant | grep ESTAB |wc -l
1000013

# cat /proc/meminfo
MemTotal:        3925408 kB
MemFree:           97748 kB
Buffers:           35412 kB
Cached:           119600 kB
......
Slab:            3241528 kB