深入理解TCP协议及其源代码
在写这个作业之前一直在看socket的相关源码
说实话，太难了，很多数据结构不清楚，代码写法也看的模模糊糊，人云亦云
更重要的是，看了几天也没看明白accpet函数和三次握手的syn，ack值这些流程处理有啥关系。。。。
可能是我看的方法不对，也可能我水平不够，但不论怎样，总要写点东西，所以写了写对于socket中accpet4（）函数的源码理解。
这篇作业也算是给后来者排雷，让他们可以少废些周折。
有的地方加入了我自己的理（cai）解（xiang），如果有错误，请一定告知我，非常感谢。
int __sys_accept4(int fd, struct sockaddr __user *upeer_sockaddr, int __user *upeer_addrlen, int flags)
这个函数之所以叫accept4，是因为这里有四个参数可以填写，源码里还有个accpet，就只能写前三个参数，第四个参数flags直接给定
fd：指的是文件标识符，在这里指的是这次链接所对应的文件。我们知道Linux里，一切皆文件，像socket这种网络连接也是通过文件读取来“虚拟”实现
*upeer_sockaddr 存放结构体信息的首地址
*upeer_addrlen 存放地址信息的结构体大小
flags 用于设置标识，例如设置阻塞或非阻塞模式
{ struct socket *sock, *newsock; /* 初始化 */ struct file *newfile; int err, len, newfd, fput_needed;
err一般是错误标识，在Linux中，内部系统调用如果成功则返回0，失败则返回-1，根据err值可以得知程序运行是否正常，也可以通过err值来处理异常，防止程序崩溃
newfd是 新文件标识符
struct sockaddr_storage address;
下面是struct sockaddr_storage 的定义：
struct sockaddr_storage { sa_family_t ss_family; /* 协议族 */ __ss_aligntype __ss_align; /* 格式对齐，因为后面有的函数会sockaddr_storage转成SOCKADDR */ char __ss_padding[_SS_PADSIZE]; }; /* _SS_PADSIZE =_SS_SIZE - (2 * sizeof (__ss_aligntype) */
if (flags & ~(SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK)) return -EINVAL;
这里的逻辑有点绕，琢磨半天后明白，如果flags不是SOCK_CLOEXEC 或SOCK_NONBLOCK之一，则返回EINVAL
SOCK_CLOEXEC 找不到直接的资料，但源码注释提到了close-on-exec，查资料可知，该标志位是Linux对于文件操作的一个标志，用途为，当fork（）或继承而来的同类进程关闭时，也会关闭其他同类进程。在socket中，如果不写这个标识符，那么可能一个进程在占据ip和端口之后，继承它的进程也同样占据ip，而父进程关闭时，子进程没有关闭，从而导致新的父进程无法进行网络通信（因为ip给之前的子进程占了）。
SOCK_NONBLOCK是非阻塞式的标识符。所谓阻塞与非阻塞式的主要区别在于，非阻塞式在read（）后如果没有收到数据会立刻返回0，而阻塞式则会等待一段时间再返回0，也就是说，非阻塞式是异步性质的连接，而阻塞式则是同步性质的连接（不做上一步，下一步就无法进行）。
EINVAL 是定义在 errno.h 中的一个宏定义，它定义了一个整形变量，是错误代码的一个取值，值为22，,表示无效的参数。
也就是说对于accept4而言，面对的连接是非阻塞式的。
if (SOCK_NONBLOCK != O_NONBLOCK && (flags & SOCK_NONBLOCK)) flags = (flags & ~SOCK_NONBLOCK) | O_NONBLOCK;
O_NONBLOCK指的是非阻塞模式，且读不到数据时返回值为-1
sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed); if (!sock) goto out;
sockfd_lookup_light函数是根据fd文件标识符找到socket对应实现，这个函数不仅在accpet，在bind，connect等其他关键函数中也很常见。
如果sock没有赋值成功，则直接goto到出口，这里是Linux的一个异常处理。
这里通过fd找到正在监听的socket。整个tcp协议，这个fd都贯穿其中，用于串起不同的函数为同一个连接工作。
err = -ENFILE;
ENFILE和之前EINVAL的同样是错误代码的一个取值，值为23，含义为文件表溢出。
newsock = sock_alloc(); if (!newsock) goto out_put;
sock_alloc()函数是用来分配一个与文件绑定的socket变量，在这里是用来给newsock分配变量，用于处理连接。如果失败，goto去出口，又一个异常处理。在Linux源码中的异常处理很多，标志性代码就是goto语句。之后的异常处理不再赘述，读者知道即可。
newsock->type = sock->type;
newsock->ops = sock->ops;
这里是赋值过程，不谈
__module_get(newsock->ops->owner);
module_get()函数，增加文件引用计数，涉及到操作系统内容，不多展开
newfd = get_unused_fd_flags(flags); if (unlikely(newfd < 0)) { err = newfd; sock_release(newsock); goto out_put; } newfile = sock_alloc_file(newsock, flags, sock->sk->sk_prot_creator->name); if (IS_ERR(newfile)) { err = PTR_ERR(newfile); put_unused_fd(newfd); goto out_put; }
get_unused_fd_flags，用于获取一个未使用过的文件标识符，在open中也有用到。
sock_alloc_file，创建一个文件描述符。
这里主要是对新文件的创建。
在监听到连接请求后，需要分配一个新文件给这个连接。
err = security_socket_accept(sock, newsock); if (err) goto out_fd;
security_socket_accept：在security文件夹下可以找到对应函数，全部都通过一个名为hook（）的函数进行更进一层的调用。为什么Linux要这么多此一举？继续查资料，hook是Linux Secrity Module的访问判断函数，出于安全性考虑，在进行关键系统调用之前，首先要通过hook函数对该调用进行安全性检测，如果允许调用，则返回0。
这个涉及到Linux的安全机制，简单地说，hook是一个预留的安全接口，用户可以自己实现安全机制，然后通过hook（）来访问关键系统调用。
err = sock->ops->accept(sock, newsock, sock->file->f_flags, false); if (err < 0) goto out_fd;
accpet函数调用inet_stream_ops.inet_accept，而inet_stream_ops.inet_accept最后调用了tcp_prot.inet_csk_accept来最终实现accept功能。
tcp_prot.inet_csk_accept源代码与注释如下：
struct sock *inet_csk_accept(struct sock *sk, int flags, int *err) { struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); struct request_sock_queue *queue = &icsk->icsk_accept_queue; struct sock *newsk; struct request_sock *req; int error; lock_sock(sk); /* We need to make sure that this socket is listening, * and that it has something pending. */ error = -EINVAL; if (sk->sk_state != TCP_LISTEN) goto out_err; /* Find already established connection */ //如果等待accept的socket队列为空，获取超时时间并等待 if (reqsk_queue_empty(queue)) { //如果设置的是非阻塞，获取接收数据的超时时间 //可以通过SO_RCVTIMEO选项设置 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; //等待可accept的请求到来 error = inet_csk_wait_for_connect(sk, timeo); if (error) goto out_err; } //从全连接accept队列里摘出第一个request_sock处理 req = reqsk_queue_remove(queue); //将request_sock和sock关联，这样返回后才能继续处理 //其实也就是替代req接管这个请求了 //req->sk就是在第三次握手后服务端新创建的sock newsk = req->sk; //sk_ack_backlog计数减1 sk_acceptq_removed(sk); //快速开启选项打开的情况， if (sk->sk_protocol == IPPROTO_TCP && queue->fastopenq != NULL) { spin_lock_bh(&queue->fastopenq->lock); if (tcp_rsk(req)->listener) { req->sk = NULL; req = NULL; } spin_unlock_bh(&queue->fastopenq->lock); } out: release_sock(sk);//listen的sock //请求已被newsk接管，因此这个请求可以释放了 if (req) __reqsk_free(req); return newsk; out_err: newsk = NULL; req = NULL; *err = error; goto out; }
简单来说accpet（）函数先检查socket队列，如果队列没有等待请求，那么看flags是阻塞还是非阻塞。
如果非阻塞，那么直接返回，如果阻塞，那么设置一个超时标记timeo，timeo时间到了以后再返回。
如果socket请求队列里有请求，则从socket等待队列里拿出第一个sock请求处理。
继续看accept4（）函数源码：
if (upeer_sockaddr) { len = newsock->ops->getname(newsock, (struct sockaddr *)&address, 2); if (len < 0) { err = -ECONNABORTED; goto out_fd; } err = move_addr_to_user(&address, len, upeer_sockaddr, upeer_addrlen); if (err < 0) goto out_fd; }
getname（）函数用来获得新地址的连接，move_addr_to_user（）函数则将地址移出内核。
fd_install(newfd, newfile);
将新建立的文件标识符和文件绑定，至此accept主要功能结束
out_put: fput_light(sock->file, fput_needed);
出口一，释放文件结构
out: return err;
出口二，直接返回错误值
out_fd: fput(newfile); put_unused_fd(newfd); goto out_put; }
出口三，释放新文件，再转到出口一
读linux源码感想：
1.函数的规范命名与注释非常重要，不然读起来会让人很难受；
2.学到了如何用C语言去实现多态，而且个人认为这种方式容易实现，更好排查错误；（这种方法是指，先实现一个最复杂的函数，然后多态的其他函数return这个函数，并附带一定参数）
3.对于异常的处理，源码中有将近一半的篇幅都在用于异常的处理，这是我们平时代码中非常值得借鉴的地方，在大型项目中，这样的写法可以快速定位错误，同时也不会让程序崩溃。
