[導讀]大家好，我是小林。之前我的圖解網絡系列，寫了很多關于TCP的圖解文章，很多同學看完后都跟我說，每次面試的時候，TCP部分都能聊跨面試官。但是對于TCP三次握手的源碼分析，我還沒寫過。今天就跟大家來嘮嗑下，TCP三次握手的源碼，看看他到底做什么?在后端相關崗位的入職面試中，三次握手...
大家好，我是小林。
之前我的圖解網絡系列，寫了很多關于 TCP 的圖解文章，很多同學看完后都跟我說，每次面試的時候，TCP 部分都能聊跨面試官。但是對于 TCP 三次握手的源碼分析，我還沒寫過。今天就跟大家來嘮嗑下，TCP 三次握手的源碼，看看他到底做什么?在后端相關崗位的入職面試中，三次握手的出場頻率非常的高，甚至說它是必考題也不為過。一般的答案都是說客戶端如何發(fā)起 SYN 握手進入 SYN_SENT 狀態(tài)，服務器響應 SYN 并回復 SYNACK，然后進入 SYN_RECV，...... , 吧啦吧啦諸如此類。但我今天想給出一份不一樣的答案。其實三次握手在內核的實現中，并不只是簡單的狀態(tài)的流轉，還包括半連接隊列、syncookie、全連接隊列、重傳計時器等關鍵操作。如果能深刻理解這些，你對線上把握和理解將更進一步。如果有面試官問起你三次握手，相信這份答案一定能幫你在面試官面前贏得非常多的加分。在基于 TCP 的服務開發(fā)中，三次握手的主要流程圖如下。服務器中的核心代碼是創(chuàng)建 socket，綁定端口，listen 監(jiān)聽，最后 accept 接收客戶端的請求。
//服務端核心代碼
int?main(int?argc,?char?const?*argv[])
{
?int?fd?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0);
?bind(fd,?...);
?listen(fd,?128);
?accept(fd,?...);
?...
}
客戶端的相關代碼是創(chuàng)建 socket，然后調用 connect 連接 server。//客戶端核心代碼
int?main(){
?fd?=?socket(AF_INET,SOCK_STREAM,?0);
?connect(fd,?...);
?...
}
圍繞這個三次握手圖，以及客戶端，服務端的核心代碼，我們來深度探索一下三次握手過程中的內部操作。我們從和三次握手過程關系比較大的 listen 講起！友情提示：本文中內核源碼會比較多。如果你能理解的了更好，如果覺得理解起來有困難，那直接重點看本文中的描述性的文字，尤其是加粗部分的即可。另外文章最后有一張總結圖歸納和整理了全文內容。一、服務器的 listen
我們都知道，服務器在開始提供服務之前都需要先 listen 一下。但 listen 內部究竟干了啥，我們平時很少去琢磨。今天就讓我們詳細來看看，直接上一段 listen 時執(zhí)行到的內核代碼。//file:?net/core/request_sock.c
int?reqsk_queue_alloc(struct?request_sock_queue?*queue,
?????unsigned?int?nr_table_entries)
{
?size_t?lopt_size?=?sizeof(struct?listen_sock);
?struct?listen_sock?*lopt;
?//計算半連接隊列的長度
?nr_table_entries?=?min_t(u32,?nr_table_entries,?sysctl_max_syn_backlog);
?nr_table_entries?=?......
?//為半連接隊列申請內存
?lopt_size? =?nr_table_entries?*?sizeof(struct?request_sock?*);
?if?(lopt_size?>?PAGE_SIZE)
??lopt?=?vzalloc(lopt_size);
?else
??lopt?=?kzalloc(lopt_size,?GFP_KERNEL);
?//全連接隊列頭初始化
?queue->rskq_accept_head?=?NULL;
?//半連接隊列設置
?lopt->nr_table_entries?=?nr_table_entries;
?queue->listen_opt?=?lopt;
?......
}
在這段代碼里，內核計算了半連接隊列的長度。然后據此算出半連接隊列所需要的實際內存大小，開始申請用于管理半連接隊列對象的內存（半連接隊列需要快速查找，所以內核是用哈希表來管理半連接隊列的，具體在 listen_sock 下的 syn_table 下）。最后將半連接隊列掛到了接收隊列 queue 上。另外 queue->rskq_accept_head 代表的是全連接隊列，它是一個鏈表的形式。在 listen 這里因為還沒有連接，所以將全連接隊列頭 queue->rskq_accept_head 設置成 NULL。當全連接隊列和半連接隊列中有元素的時候，他們在內核中的結構圖大致如下。在服務器 listen 的時候，主要是進行了全/半連接隊列的長度限制計算，以及相關的內存申請和初始化。全/連接隊列初始化了以后才可以相應來自客戶端的握手請求。二、客戶端 connect
客戶端通過調用 connect 來發(fā)起連接。在 connect 系統(tǒng)調用中會進入到內核源碼的 tcp_v4_connect。//file:?net/ipv4/tcp_ipv4.c
int?tcp_v4_connect(struct?sock?*sk,?struct?sockaddr?*uaddr,?int?addr_len)
{
?//設置?socket?狀態(tài)為?TCP_SYN_SENT
?tcp_set_state(sk,?TCP_SYN_SENT);
?//動態(tài)選擇一個端口
?err?=?inet_hash_connect( 
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