TCP半连接队列和全连接队列

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TCP半连接队列和全连接队列社群问题

问题1：

那服务器端处于syn_recd状态是什么意思 ，如果此时accept队列里面也有socket ，那此时服务器是什么状态呢？

答曰：

状态是对应到套接字的。

syn_recd 状态，表示 服务端 接收的套接字 是半连接 ，在半连接队列 ， 完成了第一次 握手

ESTABLISHED 状态， 表示 服务端 接收的套接字 是全连接 ，在全连接队列 ，完成了第三次握手

问题2：

那个accept-queue 意思是多个client 多个长链接的一个map ？

每个key 的value 就是每个client 过来的socket 对吗

答曰：

accept-queue 是一个queue, 一个socket的包装对象 ，算是一个队列的元素

本文姊妹篇《TCP协议详解 (史上最全)》

TCP协议详解 (史上最全)_架构师-尼恩的博客-CSDN博客_tcp详解

博客园版本：TCP/IP（图解+秒懂+史上最全）

什么是backlog 值

以下的内容，来自 《TCP/IP详解卷3-第14.5章》:

TCP/IP详解卷3-第14.5章，说：backlog 的值即为未连接队列和已连接队列的和

• 未完成连接队列(so_q0len)

  一个SYN已经到达，但三次握手还没有完成的连接中的数量

• 已完成连接队列(so_q1len)

  三次握手已完成，内核正等待进程执行accept的调用中的数量

简单理解，在TCP进行三次握手时，Liunx会为其维护两个队列：

• 半连接队列，也叫未完成连接队列，简称为syn队列
• 全连接队列，也叫已完成连接队列，简称为accept队列

而backlog参数， 指定了内核为此套接口排队的最大连接个数。

在C语言中，通过下面的方式，在开始新连接监听的时候，设置backlog

int listen(int fd,int backlog);

在 Netty 中，NioServerSocketChannel 在 doBind 方法中，设置 backlog参数

    @Override
    protected void doBind(SocketAddress localAddress) throws Exception {
        if (PlatformDependent.javaVersion() >= 7) {
            javaChannel().bind(localAddress, config.getBacklog());
        } else {
            javaChannel().socket().bind(localAddress, config.getBacklog());
        }
    }

什么是TCP半连接队列和全连接队列？

简单理解，在TCP进行三次握手时，Liunx会为其维护两个队列：

• 半连接队列，也叫未完成连接队列，简称为syn队列
• 全连接队列，也叫已完成连接队列，简称为accept队列

而backlog参数， 指定了内核为此套接口排队的最大连接个数。

so，要想搞清楚 TCP半连接队列和全连接队列，就不得不从 TCP 的三次握手开始说起了。

TCP 是面向连接的，它是靠谱的传输协议。UDP 是面向无连接的，是不靠谱的传输协议。

那么面向连接又是什么意思呢？

所谓的连接，并不是指通信的两端之间背后通过插一根物理网线而连接起来的，而是客户端和服务端之间通过创建相应的数据结构，来维护双方的状态，并通过这样的数据结构来保持面向连接的特性。

所谓的连接就是客户端和服务端之间数据结构状态的协同，如果状态能对应的上，那么就说服务端和客户端之间创建了。

TCP 是一个靠谱的传输协议，而三次握手就是 TCP 用来保证靠谱的手段。

下图是 TCP 三次握手的示意图:

首先，客户端和服务端都处于关闭状态，即 CLOSED 状态。

当服务端调用操作系统的 bind() 函数和 listen() 函数后，服务端就会处于 LISTENING 状态。

当客户端调用 connect() 函数主动向服务端发起连接时，就开始 TCP 的三次握手过程了。

• 第一步：客户端会先向服务端发送一个 SYN 报文

  告诉服务端我要来连接了，发完这个 SYN 报文后，客户端就会处于 SYN_SENT 状态。

• 第二步：当服务端收到客户端发来的 SYN 报文后

  需要返回给客户端一个 SYN 包以及确认收到 SYN 的 ACK 包，

  告诉客户端，我知道你要来连接了，发完这个包后，服务端就处于 SYN_RCVD 状态了。

• 第三步：当客户端收到了服务端发来的包后，

  客户端还需要告诉服务端，我收到了你发来的 SYN 报文，即服务端的 SYN 的 ACK 确认 报文。发完这个 报文后，客户端就处于 ESTABLISHED 状态了。

  当服务端收到客户端的 ACK 包后，也会处于 ESTABLISHED 状态。

当双方均处于 ESTABLISHED 状态后，就可以进行数据传输了。

三次握手的过程中，服务端用到了TCP半连接队列和全连接队列

服务端收到客户端发起的 SYN 请求后，内核会把该连接存储到半连接队列，并向客户端响应 SYN+ACK，

接着客户端会返回 ACK，

服务端收到第三次握手的 ACK 后，内核会把连接从半连接队列移除，然后创建新的完全的 socket 连接，并将其添加到 accept 队列，等待进程调用 accept 函数时把连接取出来。

SYN报文

客户发送第一个报文段——SYN报文段，在这个报文段中只有SYN标志被置为1。

这个报文段的作用是同步序号。

客户选择一个随机数，作为第一个序号，并且把这个序号发送给服务器。

这个序号称为初始序号ISN。

这个报文段并不包括确认号，也没有定义窗口大小。只有当一个报文段中包含了确认时，定义窗口大小才有意义。这个报文段还可以包含一些选项。

SYN报文段是一个控制报文段，它不懈怠任何数据，但是它消耗了一个序号。

当数据传送开始时，序号就应该加1。也就是说，SYN报文段并不包含真正的数据，但是它要消耗一个序号。

SYN+ACK报文段

服务器发送第二个报文段——SYN+ACK报文段，其中的两个标志SYN和ACK，置为1。

这个报文段有两个目的。

• 首先，他是另一个方向上通信的SYN报文段，服务器使用这个报文段来同步他的出使序号，以便从服务器向客户发送字节，

• 其次，服务器还通过ACK标志来确认已经和搜到来自客户端的SYN报文段，同时给出期望从客户端受到的下一个序号。因为这个报文段包含了确认，所以他还需要定义接收窗口大小——rwnd。

SYN+ACK报文段若携带数据，则消耗一个序号，否则不消耗。

Linux内核连接建立过程的源码

tcp 通信，客户端通过三次握手与服务端建立连接。

第一次握手时，服务端先创建一个轻量版本的 request_sock结构，放在半连接队列

第三次握手时，才会创建 socket 文件结构，这样可以减少资源的消耗。 放在全连接队列

说明：

本质上，内核里边没有半连接队列，但是 request_sock 指针会保存于established状态的tcp_sock哈希表（散列表）里，

三次握手后，将新sock插入accept_queue 全连接队列，等待 accept。

tcp_connect的源代码：

首先看tcp_connect, 该函数完成：

1 初始化套接字跟连接相关的字段

2 申请sk_buff空间

3 将sk_buff初始化为syn报文，实质是操作tcp_skb_cb，在初始化TCP头的时候会用到

4 调用tcp_connect_queue_skb()函数将报文sk_buff添加到发送队列sk->sk_write_queue

5 调用tcp_transmit_skb()函数构造tcp头，然后交给网络层。

6 初始化重传定时器

tcp_connect_queue_skb()函数的原理主要是移动sk_buff的data指针，然后填充TCP头。再然后将报文交给网络层，将报文发出。

这样，三次握手中的第一次握手在客户端的层面完成，报文到达服务端，由服务端处理完毕后，第一次握手完成，客户端socket状态变为TCP_SYN_SENT。

/* Build a SYN and send it off. */
//由tcp_v4_connect()->tcp_connect()->tcp_transmit_skb()发送，并置为TCP_SYN_SENT.
int tcp_connect(struct sock *sk)
{
    struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
    struct sk_buff *buff;
    int err;
//初始化传输控制块中与连接相关的成员
tcp_connect_init(sk);

if (unlikely(tp->repair)) {
    tcp_finish_connect(sk, NULL);
    return 0;
}
//分配skbuff   --> 为SYN段分配报文并进行初始化
buff = sk_stream_alloc_skb(sk, 0, sk->sk_allocation, true);
if (unlikely(!buff))
    return -ENOBUFS;

//构建syn报文

//在函数tcp_v4_connect中write_seq已经被初始化随机值
tcp_init_nondata_skb(buff, tp->write_seq++, TCPHDR_SYN);

tp->retrans_stamp = tcp_time_stamp;

//将报文添加到发送队列上
tcp_connect_queue_skb(sk, buff);

//显式拥塞通告 ---> 
//路由器在出现拥塞时通知TCP。当TCP段传递时，路由器使用IP首部中的2位来记录拥塞，当TCP段到达后，
//接收方知道报文段是否在某个位置经历过拥塞。然而，需要了解拥塞发生情况的是发送方，而非接收方。因
//此，接收方使用下一个ACK通知发送方有拥塞发生，然后，发送方做出响应，缩小自己的拥塞窗口。
tcp_ecn_send_syn(sk, buff);

/* Send off SYN; include data in Fast Open. */
err = tp->fastopen_req ? tcp_send_syn_data(sk, buff) :

      //构造tcp头和ip头并发送
      tcp_transmit_skb(sk, buff, 1, sk->sk_allocation);
if (err == -ECONNREFUSED)
    return err;

/* We change tp->snd_nxt after the tcp_transmit_skb() call
 * in order to make this packet get counted in tcpOutSegs.
 */
tp->snd_nxt = tp->write_seq;
tp->pushed_seq = tp->write_seq;
TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ACTIVEOPENS);

/* Timer for repeating the SYN until an answer. */

//启动重传定时器
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS,
              inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX);
return 0;

}

tcp_v4_rev()服务端函数

服务端处理第二次握手的时候，调用的是tcp_v4_rev()函数：

我们这里是监听状态TCP_LISTEN，直接调用函数tcp_v4_do_rcv()，

但是该函数主要工作就是根据tcp头部信息查到处理报文的socket对象，然后检查socket状态做不同处理，

所以该函数主要作用是防止洪泛和拥塞控制，和三次握手无关。

/*
 *    From tcp_input.c
 */
//网卡驱动-->netif_receive_skb()--->ip_rcv()--->ip_local_deliver_finish()---> tcp_v4_rcv()

int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb)

{

struct net *net = dev_net(skb->dev);

const struct iphdr *iph;

const struct tcphdr *th;

bool refcounted;

struct sock *sk;

int ret;
//如果不是发往本地的数据包，则直接丢弃
if (skb->pkt_type != PACKET_HOST)
    goto discard_it;

/* Count it even if it's bad */
__TCP_INC_STATS(net, TCP_MIB_INSEGS);


包长是否大于TCP头的长度
if (!pskb_may_pull(skb, sizeof(struct tcphdr)))
    goto discard_it;

//tcp头   --> 不是很懂为何老是获取tcp头
th = (const struct tcphdr *)skb->data;

if (unlikely(th->doff < sizeof(struct tcphdr) / 4))
    goto bad_packet;

if (!pskb_may_pull(skb, th->doff * 4))
    goto discard_it;

/* An explanation is required here, I think.
 * Packet length and doff are validated by header prediction,
 * provided case of th->doff==0 is eliminated.
 * So, we defer the checks. */

if (skb_checksum_init(skb, IPPROTO_TCP, inet_compute_pseudo))
    goto csum_error;

//得到tcp的头  --> 不是很懂为何老是获取tcp头
th = (const struct tcphdr *)skb->data;

//得到ip报文头
iph = ip_hdr(skb);
/* This is tricky : We move IPCB at its correct location into TCP_SKB_CB()
 * barrier() makes sure compiler wont play fool^Waliasing games.
 */
memmove(&TCP_SKB_CB(skb)->header.h4, IPCB(skb),
    sizeof(struct inet_skb_parm));
barrier();

TCP_SKB_CB(skb)->seq = ntohl(th->seq);
TCP_SKB_CB(skb)->end_seq = (TCP_SKB_CB(skb)->seq + th->syn + th->fin +
                skb->len - th->doff * 4);
TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq = ntohl(th->ack_seq);
TCP_SKB_CB(skb)->tcp_flags = tcp_flag_byte(th);
TCP_SKB_CB(skb)->tcp_tw_isn = 0;
TCP_SKB_CB(skb)->ip_dsfield = ipv4_get_dsfield(iph);
TCP_SKB_CB(skb)->sacked     = 0;

lookup:

//根据源端口号,目的端口号和接收的interface查找sock对象------>先在建立连接的哈希表中查找------>如果没找到就从监听哈希表中找
//对于建立过程来讲肯是监听哈希表中才能找到
sk = __inet_lookup_skb(&tcp_hashinfo, skb, __tcp_hdrlen(th), th->source,
               th->dest, &refcounted);

//如果找不到处理的socket对象，就把数据报丢掉
if (!sk)
    goto no_tcp_socket;

process:
//检查sock是否处于半关闭状态
if (sk->sk_state == TCP_TIME_WAIT)
    goto do_time_wait;

if (sk->sk_state == TCP_NEW_SYN_RECV) {
    struct request_sock *req = inet_reqsk(sk);
    struct sock *nsk;

    sk = req->rsk_listener;
    if (unlikely(tcp_v4_inbound_md5_hash(sk, skb))) {
        sk_drops_add(sk, skb);
        reqsk_put(req);
        goto discard_it;
    }
    if (unlikely(sk->sk_state != TCP_LISTEN)) {
        inet_csk_reqsk_queue_drop_and_put(sk, req);
        goto lookup;
    }
    /* We own a reference on the listener, increase it again
     * as we might lose it too soon.
     */
    sock_hold(sk);
    refcounted = true;
    nsk = tcp_check_req(sk, skb, req, false);
    if (!nsk) {
        reqsk_put(req);
        goto discard_and_relse;
    }
    if (nsk == sk) {
        reqsk_put(req);
    } else if (tcp_child_process(sk, nsk, skb)) {
        tcp_v4_send_reset(nsk, skb);
        goto discard_and_relse;
    } else {
        sock_put(sk);
        return 0;
    }
}
if (unlikely(iph->ttl < inet_sk(sk)->min_ttl)) {
    __NET_INC_STATS(net, LINUX_MIB_TCPMINTTLDROP);
    goto discard_and_relse;
}

if (!xfrm4_policy_check(sk, XFRM_POLICY_IN, skb))
    goto discard_and_relse;

if (tcp_v4_inbound_md5_hash(sk, skb))
    goto discard_and_relse;

nf_reset(skb);

if (tcp_filter(sk, skb))
    goto discard_and_relse;

//tcp头部   --> 不是很懂为何老是获取tcp头
th = (const struct tcphdr *)skb->data;
iph = ip_hdr(skb);

skb->dev = NULL;

//如果socket处于监听状态 --> 我们重点关注这里
if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {
    ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb);
    goto put_and_return;
}

sk_incoming_cpu_update(sk);

bh_lock_sock_nested(sk);
tcp_segs_in(tcp_sk(sk), skb);
ret = 0;

//查看是否有用户态进程对该sock进行了锁定
//如果sock_owned_by_user为真，则sock的状态不能进行更改
if (!sock_owned_by_user(sk)) {
    if (!tcp_prequeue(sk, skb))
        //-------------------------------------------------------->
        ret = tcp_v4_do_rcv(sk, skb);
} else if (tcp_add_backlog(sk, skb)) {
    goto discard_and_relse;
}
bh_unlock_sock(sk);

put_and_return:

if (refcounted)

sock_put(sk);
return ret;

no_tcp_socket:

if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb))

goto discard_it;
if (tcp_checksum_complete(skb)) {

csum_error:

__TCP_INC_STATS(net, TCP_MIB_CSUMERRORS);

bad_packet:

__TCP_INC_STATS(net, TCP_MIB_INERRS);

} else {

tcp_v4_send_reset(NULL, skb);

}
discard_it:

/* Discard frame. */

kfree_skb(skb);

return 0;
discard_and_relse:

sk_drops_add(sk, skb);

if (refcounted)

sock_put(sk);

goto discard_it;
do_time_wait:

if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {

inet_twsk_put(inet_twsk(sk));

goto discard_it;

}
if (tcp_checksum_complete(skb)) {
    inet_twsk_put(inet_twsk(sk));
    goto csum_error;
}
switch (tcp_timewait_state_process(inet_twsk(sk), skb, th)) {
case TCP_TW_SYN: {
    struct sock *sk2 = inet_lookup_listener(dev_net(skb->dev),
                        &tcp_hashinfo, skb,
                        __tcp_hdrlen(th),
                        iph->saddr, th->source,
                        iph->daddr, th->dest,
                        inet_iif(skb));
    if (sk2) {
        inet_twsk_deschedule_put(inet_twsk(sk));
        sk = sk2;
        refcounted = false;
        goto process;
    }
    /* Fall through to ACK */
}
case TCP_TW_ACK:
    tcp_v4_timewait_ack(sk, skb);
    break;
case TCP_TW_RST:
    tcp_v4_send_reset(sk, skb);
    inet_twsk_deschedule_put(inet_twsk(sk));
    goto discard_it;
case TCP_TW_SUCCESS:;
}
goto discard_it;

}

我们这里是监听状态TCP_LISTEN，直接调用函数tcp_v4_do_rcv()，

不过该函数主要作用是防止洪泛和拥塞控制，和三次握手无关。

接着是调用tcp_rcv_state_process()

tcp_rcv_state_process

这是TCP建立连接的核心所在，几乎所有状态的套接字，在收到数据报时都在这里完成处理。

备注：调用链路

tcp_v4_do_rcv() -> tcp_rcv_state_process() -> tcp_v4_conn_request() -> tcp_v4_send_synack().

/*
 *    This function implements the receiving procedure of RFC 793 for
 *    all states except ESTABLISHED and TIME_WAIT.
 *    It's called from both tcp_v4_rcv and tcp_v6_rcv and should be
 *    address independent.
 */
//除了ESTABLISHED和TIME_WAIT状态外，其他状态下的TCP段处理都由本函数实现
int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

{

struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);

struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);

const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);

struct request_sock *req;

int queued = 0;

bool acceptable;
switch (sk->sk_state) {
    
//SYN_RECV状态的处理 
case TCP_CLOSE:
    goto discard;

//服务端第一次握手处理
case TCP_LISTEN:
    if (th->ack)
        return 1;

    if (th->rst)
        goto discard;

    if (th->syn) {
        if (th->fin)
            goto discard;
        // tcp_v4_do_rcv() -> tcp_rcv_state_process() -> tcp_v4_conn_request() -> tcp_v4_send_synack().        
        if (icsk->icsk_af_ops->conn_request(sk, skb) < 0)
            return 1;

        consume_skb(skb);
        return 0;
    }
    goto discard;

//客户端第二次握手处理 
case TCP_SYN_SENT:
    tp->rx_opt.saw_tstamp = 0;

    //处理SYN_SENT状态下接收到的TCP段
    queued = tcp_rcv_synsent_state_process(sk, skb, th);
    if (queued >= 0)
        return queued;

    /* Do step6 onward by hand. */

    //处理完第二次握手后，还需要处理带外数据
    tcp_urg(sk, skb, th);
    __kfree_skb(skb);

    //检测是否有数据需要发送
    tcp_data_snd_check(sk);
    return 0;
}

tp->rx_opt.saw_tstamp = 0;
req = tp->fastopen_rsk;
if (req) {
    WARN_ON_ONCE(sk->sk_state != TCP_SYN_RECV &&
        sk->sk_state != TCP_FIN_WAIT1);

    if (!tcp_check_req(sk, skb, req, true))
        goto discard;
}

if (!th->ack && !th->rst && !th->syn)
    goto discard;

if (!tcp_validate_incoming(sk, skb, th, 0))
    return 0;

/* step 5: check the ACK field */
acceptable = tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH |
                  FLAG_UPDATE_TS_RECENT) > 0;

switch (sk->sk_state) {
//服务端第三次握手处理
case TCP_SYN_RECV:
    if (!acceptable)
        return 1;

    if (!tp->srtt_us)
        tcp_synack_rtt_meas(sk, req);

    /* Once we leave TCP_SYN_RECV, we no longer need req
     * so release it.
     */
    if (req) {
        inet_csk(sk)->icsk_retransmits = 0;
        reqsk_fastopen_remove(sk, req, false);
    } else {
        /* Make sure socket is routed, for correct metrics. */

        //建立路由，初始化拥塞控制模块
        icsk->icsk_af_ops->rebuild_header(sk);
        tcp_init_congestion_control(sk);

        tcp_mtup_init(sk);
        tp->copied_seq = tp->rcv_nxt;
        tcp_init_buffer_space(sk);
    }
    smp_mb();
    //正常的第三次握手，设置连接状态为TCP_ESTABLISHED 
    tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);
    sk->sk_state_change(sk);

    /* Note, that this wakeup is only for marginal crossed SYN case.
     * Passively open sockets are not waked up, because
     * sk->sk_sleep == NULL and sk->sk_socket == NULL.
     */

    //状态已经正常，唤醒那些等待的线程
    if (sk->sk_socket)
        sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT);

    tp->snd_una = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;
    tp->snd_wnd = ntohs(th->window) << tp->rx_opt.snd_wscale;
    tcp_init_wl(tp, TCP_SKB_CB(skb)->seq);

    if (tp->rx_opt.tstamp_ok)
        tp->advmss -= TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;

    if (req) {
        /* Re-arm the timer because data may have been sent out.
         * This is similar to the regular data transmission case
         * when new data has just been ack'ed.
         *
         * (TFO) - we could try to be more aggressive and
         * retransmitting any data sooner based on when they
         * are sent out.
         */
        tcp_rearm_rto(sk);
    } else
        tcp_init_metrics(sk);

    if (!inet_csk(sk)->icsk_ca_ops->cong_control)
        tcp_update_pacing_rate(sk);

    /* Prevent spurious tcp_cwnd_restart() on first data packet */

    //更新最近一次发送数据包的时间
    tp->lsndtime = tcp_time_stamp;

    tcp_initialize_rcv_mss(sk);

    //计算有关TCP首部预测的标志
    tcp_fast_path_on(tp);
    break;

case TCP_FIN_WAIT1: {
    struct dst_entry *dst;
    int tmo;

    /* If we enter the TCP_FIN_WAIT1 state and we are a
     * Fast Open socket and this is the first acceptable
     * ACK we have received, this would have acknowledged
     * our SYNACK so stop the SYNACK timer.
     */
    if (req) {
        /* Return RST if ack_seq is invalid.
         * Note that RFC793 only says to generate a
         * DUPACK for it but for TCP Fast Open it seems
         * better to treat this case like TCP_SYN_RECV
         * above.
         */
        if (!acceptable)
            return 1;
        /* We no longer need the request sock. */
        reqsk_fastopen_remove(sk, req, false);
        tcp_rearm_rto(sk);
    }
    if (tp->snd_una != tp->write_seq)
        break;

    tcp_set_state(sk, TCP_FIN_WAIT2);
    sk->sk_shutdown |= SEND_SHUTDOWN;

    dst = __sk_dst_get(sk);
    if (dst)
        dst_confirm(dst);

    if (!sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) {
        /* Wake up lingering close() */
        sk->sk_state_change(sk);
        break;
    }

    if (tp->linger2 < 0 ||
        (TCP_SKB_CB(skb)->end_seq != TCP_SKB_CB(skb)->seq &&
         after(TCP_SKB_CB(skb)->end_seq - th->fin, tp->rcv_nxt))) {
        tcp_done(sk);
        NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPABORTONDATA);
        return 1;
    }

    tmo = tcp_fin_time(sk);
    if (tmo > TCP_TIMEWAIT_LEN) {
        inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, tmo - TCP_TIMEWAIT_LEN);
    } else if (th->fin || sock_owned_by_user(sk)) {
        /* Bad case. We could lose such FIN otherwise.
         * It is not a big problem, but it looks confusing
         * and not so rare event. We still can lose it now,
         * if it spins in bh_lock_sock(), but it is really
         * marginal case.
         */
        inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, tmo);
    } else {
        tcp_time_wait(sk, TCP_FIN_WAIT2, tmo);
        goto discard;
    }
    break;
}

case TCP_CLOSING:
    if (tp->snd_una == tp->write_seq) {
        tcp_time_wait(sk, TCP_TIME_WAIT, 0);
        goto discard;
    }
    break;

case TCP_LAST_ACK:
    if (tp->snd_una == tp->write_seq) {
        tcp_update_metrics(sk);
        tcp_done(sk);
        goto discard;
    }
    break;
}

/* step 6: check the URG bit */
tcp_urg(sk, skb, th);

/* step 7: process the segment text */
switch (sk->sk_state) {
case TCP_CLOSE_WAIT:
case TCP_CLOSING:
case TCP_LAST_ACK:
    if (!before(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tp->rcv_nxt))
        break;
case TCP_FIN_WAIT1:
case TCP_FIN_WAIT2:
    /* RFC 793 says to queue data in these states,
     * RFC 1122 says we MUST send a reset.
     * BSD 4.4 also does reset.
     */
    if (sk->sk_shutdown & RCV_SHUTDOWN) {
        if (TCP_SKB_CB(skb)->end_seq != TCP_SKB_CB(skb)->seq &&
            after(TCP_SKB_CB(skb)->end_seq - th->fin, tp->rcv_nxt)) {
            NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPABORTONDATA);
            tcp_reset(sk);
            return 1;
        }
    }
    /* Fall through */
case TCP_ESTABLISHED:
    tcp_data_queue(sk, skb);
    queued = 1;
    break;
}

/* tcp_data could move socket to TIME-WAIT */
if (sk->sk_state != TCP_CLOSE) {
    tcp_data_snd_check(sk);
    tcp_ack_snd_check(sk);
}

if (!queued) {

discard:

tcp_drop(sk, skb);

}

return 0;

}

这是TCP建立连接的核心所在，几乎所有状态的套接字，在收到数据报时都在这里完成处理。

对于服务端来说，收到第一次握手报文时的状态为TCP_LISTEN，接下将由tcp_v4_conn_request函数处理

tcp_v4_conn_request()

在该函数中做了不少的事情，但是我们这里重点了解两点：

1 分配一个request_sock对象来代表这次连接请求（状态为TCP_NEW_SYN_RECV）

如果没有设置防范syn flood相关的选项，则将该request_sock添加到established状态的tcp_sock散列表

如果设置了防范选项，则request_sock对象都没有，只有建立完成时才会分配

2 调用tcp_v4_send_synack回复客户端ack，开启第二次握手

备注调用链路

tcp_v4_do_rcv() -> tcp_rcv_state_process() -> tcp_v4_conn_request() -> tcp_v4_send_synack().

     
int tcp_v4_conn_request(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
    /* Never answer to SYNs send to broadcast or multicast */
    if (skb_rtable(skb)->rt_flags & (RTCF_BROADCAST | RTCF_MULTICAST))
        goto drop;
//tcp_request_sock_ops 定义在 tcp_ipv4.c    1256行

//inet_init --> proto_register --> req_prot_init -->初始化cache名
return tcp_conn_request(&tcp_request_sock_ops,
            &tcp_request_sock_ipv4_ops, sk, skb);

drop:

tcp_listendrop(sk);

return 0;

}

int tcp_conn_request(struct request_sock_ops *rsk_ops,

const struct tcp_request_sock_ops *af_ops,

struct sock *sk, struct sk_buff *skb)

{

struct tcp_fastopen_cookie foc = { .len = -1 };

__u32 isn = TCP_SKB_CB(skb)->tcp_tw_isn;

struct tcp_options_received tmp_opt;

struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);

struct net *net = sock_net(sk);

struct sock *fastopen_sk = NULL;

struct dst_entry *dst = NULL;

struct request_sock *req;

bool want_cookie = false;

struct flowi fl;
/* TW buckets are converted to open requests without
 * limitations, they conserve resources and peer is
 * evidently real one.
 */

//处理TCP SYN FLOOD攻击相关的东西

//Client发送SYN包给Server后挂了，Server回给Client的SYN-ACK一直没收到Client的ACK确认，这个时候这个连接既没建立起来，
//也不能算失败。这就需要一个超时时间让Server将这个连接断开，否则这个连接就会一直占用Server的SYN连接队列中的一个位置，
//大量这样的连接就会将Server的SYN连接队列耗尽，让正常的连接无法得到处理。

//目前，Linux下默认会进行5次重发SYN-ACK包，重试的间隔时间从1s开始，下次的重试间隔时间是前一次的双倍，5次的重试时间间隔
//为1s, 2s, 4s, 8s, 16s，总共31s，第5次发出后还要等32s都知道第5次也超时了，所以，总共需要 1s + 2s + 4s+ 8s+ 16s + 32s = 63s，
//TCP才会把断开这个连接。由于，SYN超时需要63秒，那么就给攻击者一个攻击服务器的机会，攻击者在短时间内发送大量的SYN包给Server(俗称 SYN flood 攻击)，
//用于耗尽Server的SYN队列。对于应对SYN 过多的问题，linux提供了几个TCP参数：tcp_syncookies、tcp_synack_retries、tcp_max_syn_backlog、tcp_abort_on_overflow 来调整应对。
if ((net->ipv4.sysctl_tcp_syncookies == 2 ||
     inet_csk_reqsk_queue_is_full(sk)) && !isn) {
     
     
     //tcp_syn_flood_action 判断是否打开了内核参数 tcp_syncookies，如果未打开则返回 false。
    want_cookie = tcp_syn_flood_action(sk, skb, rsk_ops->slab_name);
    if (!want_cookie)
        goto drop;
}


/* Accept backlog is full. If we have already queued enough
 * of warm entries in syn queue, drop request. It is better than
 * clogging syn queue with openreqs with exponentially increasing
 * timeout.
 */
if (sk_acceptq_is_full(sk) && inet_csk_reqsk_queue_young(sk) > 1) {
    NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_LISTENOVERFLOWS);
    goto drop;
}

//分配一个request_sock对象来代表这个半连接

//在三次握手协议中，服务器维护一个半连接队列，该队列为每个客户端的SYN包开设一个条目(服务端在接收到SYN包的时候，
//就已经创建了request_sock结构，存储在半连接队列中)，该条目表明服务器已收到SYN包，并向客户发出确认，正在等待客
//户的确认包（会进行第二次握手发送SYN＋ACK 的包加以确认）。这些条目所标识的连接在服务器处于Syn_RECV状态，当服
//务器收到客户的确认包时，删除该条目，服务器进入ESTABLISHED状态。该队列为SYN 队列，长度为 max(64, /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog) ，
//在机器的tcp_max_syn_backlog值在/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog下配置。

// tcp_request_sock_ops
//inet_init --> proto_register --> req_prot_init -->初始化cache名
req = inet_reqsk_alloc(rsk_ops, sk, !want_cookie);
if (!req)
    goto drop;

//特定协议的request_sock的特殊操作函数集
tcp_rsk(req)->af_specific = af_ops;

tcp_clear_options(&tmp_opt);
tmp_opt.mss_clamp = af_ops->mss_clamp;
tmp_opt.user_mss  = tp->rx_opt.user_mss;
tcp_parse_options(skb, &tmp_opt, 0, want_cookie ? NULL : &foc);

if (want_cookie && !tmp_opt.saw_tstamp)
    tcp_clear_options(&tmp_opt);

tmp_opt.tstamp_ok = tmp_opt.saw_tstamp;
//初始化连接请求块，包括request_sock、inet_request_sock、tcp_request_sock
tcp_openreq_init(req, &tmp_opt, skb, sk);

inet_rsk(req)->no_srccheck = inet_sk(sk)->transparent;

/* Note: tcp_v6_init_req() might override ir_iif for link locals */
inet_rsk(req)->ir_iif = inet_request_bound_dev_if(sk, skb);

//tcp_request_sock_ipv4_ops  --> tcp_v4_init_req
af_ops->init_req(req, sk, skb);

if (security_inet_conn_request(sk, skb, req))
    goto drop_and_free;

if (!want_cookie && !isn) {
    /* VJ's idea. We save last timestamp seen
     * from the destination in peer table, when entering
     * state TIME-WAIT, and check against it before
     * accepting new connection request.
     *
     * If "isn" is not zero, this request hit alive
     * timewait bucket, so that all the necessary checks
     * are made in the function processing timewait state.
     */
    if (tcp_death_row.sysctl_tw_recycle) {
        bool strict;

        dst = af_ops->route_req(sk, &fl, req, &strict);

        if (dst && strict &&
            !tcp_peer_is_proven(req, dst, true,
                    tmp_opt.saw_tstamp)) {
            NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_PAWSPASSIVEREJECTED);
            goto drop_and_release;
        }
    }
    /* Kill the following clause, if you dislike this way. */
    else if (!net->ipv4.sysctl_tcp_syncookies &&
         (sysctl_max_syn_backlog - inet_csk_reqsk_queue_len(sk) <
          (sysctl_max_syn_backlog >> 2)) &&
         !tcp_peer_is_proven(req, dst, false,
                     tmp_opt.saw_tstamp)) {
        /* Without syncookies last quarter of
         * backlog is filled with destinations,
         * proven to be alive.
         * It means that we continue to communicate
         * to destinations, already remembered
         * to the moment of synflood.
         */
        pr_drop_req(req, ntohs(tcp_hdr(skb)->source),
                rsk_ops->family);
        goto drop_and_release;
    }

    isn = af_ops->init_seq(skb);
}
if (!dst) {
    dst = af_ops->route_req(sk, &fl, req, NULL);
    if (!dst)
        goto drop_and_free;
}
//拥塞显式通告的东西
tcp_ecn_create_request(req, skb, sk, dst);

if (want_cookie) {
    isn = cookie_init_sequence(af_ops, sk, skb, &req->mss);
    req->cookie_ts = tmp_opt.tstamp_ok;
    if (!tmp_opt.tstamp_ok)
        inet_rsk(req)->ecn_ok = 0;
}

tcp_rsk(req)->snt_isn = isn;
tcp_rsk(req)->txhash = net_tx_rndhash();

//接收窗口初始化
tcp_openreq_init_rwin(req, sk, dst);
if (!want_cookie) {
    tcp_reqsk_record_syn(sk, req, skb);
    fastopen_sk = tcp_try_fastopen(sk, skb, req, &foc, dst);
}
//握手过程传输数据相关的东西
if (fastopen_sk) {
    af_ops->send_synack(fastopen_sk, dst, &fl, req,
                &foc, TCP_SYNACK_FASTOPEN);
    /* Add the child socket directly into the accept queue */
    inet_csk_reqsk_queue_add(sk, req, fastopen_sk);
    sk->sk_data_ready(sk);
    bh_unlock_sock(fastopen_sk);
    sock_put(fastopen_sk);
} else {

    //设置TFO选项为false
    tcp_rsk(req)->tfo_listener = false;
    if (!want_cookie)
        inet_csk_reqsk_queue_hash_add(sk, req, TCP_TIMEOUT_INIT);

    // tcp_v4_do_rcv() -> tcp_rcv_state_process() -> tcp_v4_conn_request() -> tcp_v4_send_synack().    
    
    // tcp_request_sock_ipv4_ops  --> tcp_v4_send_synack
    af_ops->send_synack(sk, dst, &fl, req, &foc,
                !want_cookie ? TCP_SYNACK_NORMAL :
                       TCP_SYNACK_COOKIE);
    if (want_cookie) {
        reqsk_free(req);
        return 0;
    }
}
reqsk_put(req);
return 0;

drop_and_release:

dst_release(dst);

drop_and_free:

reqsk_free(req);

drop:

tcp_listendrop(sk);

return 0;

}

在该函数中做了不少的事情，但是我们这里重点了解两点：

1 分配一个request_sock对象来代表这次连接请求（状态为TCP_NEW_SYN_RECV），如果没有设置防范syn flood相关的选项，则将该request_sock添加到established状态的tcp_sock散列表（如果设置了防范选项，则request_sock对象都没有，只有建立完成时才会分配）

2 调用tcp_v4_send_synack回复客户端ack，开启第二次握手

tcp_v4_send_synack函数

重点关注两点：

1 通调用链过tcp_v4_syn_recv_sock --> tcp_create_openreq_child --> inet_csk_clone_lock 生成新sock，状态设置为TCP_SYN_RECV；

通过调用inet_ehash_nolisten将新sock加入ESTABLISHED状态的哈希表中;

2 通过调用inet_csk_complete_hashdance，将新sock插入accept队列.

至此我们得到一个代表本次连接的新sock，状态为TCP_SYN_RECV，接着调用tcp_child_process，进而调用tcp_rcv_state_process：

我们看下该函数：

//向客户端发送SYN+ACK报文
static int tcp_v4_send_synack(const struct sock *sk, struct dst_entry *dst,
                  struct flowi *fl,
                  struct request_sock *req,
                  struct tcp_fastopen_cookie *foc,
                  enum tcp_synack_type synack_type)
{
    const struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req);
    struct flowi4 fl4;
    int err = -1;
    struct sk_buff *skb;
/* First, grab a route. */

//查找到客户端的路由
if (!dst && (dst = inet_csk_route_req(sk, &fl4, req)) == NULL)
    return -1;

//根据路由、传输控制块、连接请求块中的构建SYN+ACK段
skb = tcp_make_synack(sk, dst, req, foc, synack_type);

//生成SYN+ACK段成功
if (skb) {

    //生成校验码
    __tcp_v4_send_check(skb, ireq->ir_loc_addr, ireq->ir_rmt_addr);


    //生成IP数据报并发送出去
    err = ip_build_and_send_pkt(skb, sk, ireq->ir_loc_addr,
                    ireq->ir_rmt_addr,
                    ireq->opt);
    err = net_xmit_eval(err);
}

return err;

}

查找客户端路由，构造syn包，然后调用ip_build_and_send_pkt，依靠网络层将数据报发出去。

至此，第二次握手完成。

客户端socket状态变为TCP_ESTABLISHED，此时服务端socket的状态为TCP_NEW_SYN_RECV，

---

接下来调用如下函数进行第三次握手：

int tcp_v4_rcv(struct sk_buff *skb)
{
.............
//收到握手最后一个ack后，会找到TCP_NEW_SYN_RECV状态的req，然后创建一个新的sock进入TCP_SYN_RECV状态，最终进入TCP_ESTABLISHED状态. 并放入accept队列通知select/epoll
if (sk->sk_state == TCP_NEW_SYN_RECV) {
    struct request_sock *req = inet_reqsk(sk);
    struct sock *nsk;

    sk = req->rsk_listener;
    if (unlikely(tcp_v4_inbound_md5_hash(sk, skb))) {
        sk_drops_add(sk, skb);
        reqsk_put(req);
        goto discard_it;
    }
    if (unlikely(sk->sk_state != TCP_LISTEN)) {
        inet_csk_reqsk_queue_drop_and_put(sk, req);
        goto lookup;
    }
    /* We own a reference on the listener, increase it again
     * as we might lose it too soon.
     */
    sock_hold(sk);
    refcounted = true;

    //创建新的sock进入TCP_SYN_RECV state
    nsk = tcp_check_req(sk, skb, req, false);
    if (!nsk) {
        reqsk_put(req);
        goto discard_and_relse;
    }
    if (nsk == sk) {
        reqsk_put(req);

    //调用 tcp_rcv_state_process
    } else if (tcp_child_process(sk, nsk, skb)) {
        tcp_v4_send_reset(nsk, skb);
        goto discard_and_relse;
    } else {//成功后直接返回
        sock_put(sk);
        return 0;
    }
}

}

进入tcp_check_req()查看在第三次握手中如何创建新的socket:

/*
 * Process an incoming packet for SYN_RECV sockets represented as a
 * request_sock. Normally sk is the listener socket but for TFO it
 * points to the child socket.
 *
 * XXX (TFO) - The current impl contains a special check for ack
 * validation and inside tcp_v4_reqsk_send_ack(). Can we do better?
 *
 * We don't need to initialize tmp_opt.sack_ok as we don't use the results
 */
struct sock *tcp_check_req(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,

struct request_sock *req,

bool fastopen)

{

struct tcp_options_received tmp_opt;

struct sock *child;

const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);

__be32 flg = tcp_flag_word(th) & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN|TCP_FLAG_ACK);

bool paws_reject = false;

bool own_req;
tmp_opt.saw_tstamp = 0;
if (th->doff > (sizeof(struct tcphdr)>>2)) {
    tcp_parse_options(skb, &tmp_opt, 0, NULL);

    if (tmp_opt.saw_tstamp) {
        tmp_opt.ts_recent = req->ts_recent;
        /* We do not store true stamp, but it is not required,
         * it can be estimated (approximately)
         * from another data.
         */
        tmp_opt.ts_recent_stamp = get_seconds() - ((TCP_TIMEOUT_INIT/HZ)<<req->num_timeout);
        paws_reject = tcp_paws_reject(&tmp_opt, th->rst);
    }
}

/* Check for pure retransmitted SYN. */
if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn &&
    flg == TCP_FLAG_SYN &&
    !paws_reject) {
    /*
     * RFC793 draws (Incorrectly! It was fixed in RFC1122)
     * this case on figure 6 and figure 8, but formal
     * protocol description says NOTHING.
     * To be more exact, it says that we should send ACK,
     * because this segment (at least, if it has no data)
     * is out of window.
     *
     *  CONCLUSION: RFC793 (even with RFC1122) DOES NOT
     *  describe SYN-RECV state. All the description
     *  is wrong, we cannot believe to it and should
     *  rely only on common sense and implementation
     *  experience.
     *
     * Enforce "SYN-ACK" according to figure 8, figure 6
     * of RFC793, fixed by RFC1122.
     *
     * Note that even if there is new data in the SYN packet
     * they will be thrown away too.
     *
     * Reset timer after retransmitting SYNACK, similar to
     * the idea of fast retransmit in recovery.
     */
    if (!tcp_oow_rate_limited(sock_net(sk), skb,
                  LINUX_MIB_TCPACKSKIPPEDSYNRECV,
                  &tcp_rsk(req)->last_oow_ack_time) &&

        !inet_rtx_syn_ack(sk, req)) {
        unsigned long expires = jiffies;

        expires += min(TCP_TIMEOUT_INIT << req->num_timeout,
                   TCP_RTO_MAX);
        if (!fastopen)
            mod_timer_pending(&req->rsk_timer, expires);
        else
            req->rsk_timer.expires = expires;
    }
    return NULL;
}

/* Further reproduces section "SEGMENT ARRIVES"
   for state SYN-RECEIVED of RFC793.
   It is broken, however, it does not work only
   when SYNs are crossed.
   You would think that SYN crossing is impossible here, since
   we should have a SYN_SENT socket (from connect()) on our end,
   but this is not true if the crossed SYNs were sent to both
   ends by a malicious third party.  We must defend against this,
   and to do that we first verify the ACK (as per RFC793, page
   36) and reset if it is invalid.  Is this a true full defense?
   To convince ourselves, let us consider a way in which the ACK
   test can still pass in this 'malicious crossed SYNs' case.
   Malicious sender sends identical SYNs (and thus identical sequence
   numbers) to both A and B:
    A: gets SYN, seq=7
    B: gets SYN, seq=7
   By our good fortune, both A and B select the same initial
   send sequence number of seven :-)
    A: sends SYN|ACK, seq=7, ack_seq=8
    B: sends SYN|ACK, seq=7, ack_seq=8
   So we are now A eating this SYN|ACK, ACK test passes.  So
   does sequence test, SYN is truncated, and thus we consider
   it a bare ACK.
   If icsk->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept, we silently drop this
   bare ACK.  Otherwise, we create an established connection.  Both
   ends (listening sockets) accept the new incoming connection and try
   to talk to each other. 8-)
   Note: This case is both harmless, and rare.  Possibility is about the
   same as us discovering intelligent life on another plant tomorrow.
   But generally, we should (RFC lies!) to accept ACK
   from SYNACK both here and in tcp_rcv_state_process().
   tcp_rcv_state_process() does not, hence, we do not too.
   Note that the case is absolutely generic:
   we cannot optimize anything here without
   violating protocol. All the checks must be made
   before attempt to create socket.
 */

/* RFC793 page 36: "If the connection is in any non-synchronized state ...
 *                  and the incoming segment acknowledges something not yet
 *                  sent (the segment carries an unacceptable ACK) ...
 *                  a reset is sent."
 *
 * Invalid ACK: reset will be sent by listening socket.
 * Note that the ACK validity check for a Fast Open socket is done
 * elsewhere and is checked directly against the child socket rather
 * than req because user data may have been sent out.
 */
if ((flg & TCP_FLAG_ACK) && !fastopen &&
    (TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq !=
     tcp_rsk(req)->snt_isn + 1))
    return sk;

/* Also, it would be not so bad idea to check rcv_tsecr, which
 * is essentially ACK extension and too early or too late values
 * should cause reset in unsynchronized states.
 */

/* RFC793: "first check sequence number". */

if (paws_reject || !tcp_in_window(TCP_SKB_CB(skb)->seq, TCP_SKB_CB(skb)->end_seq,
                  tcp_rsk(req)->rcv_nxt, tcp_rsk(req)->rcv_nxt + req->rsk_rcv_wnd)) {
    /* Out of window: send ACK and drop. */
    if (!(flg & TCP_FLAG_RST) &&
        !tcp_oow_rate_limited(sock_net(sk), skb,
                  LINUX_MIB_TCPACKSKIPPEDSYNRECV,
                  &tcp_rsk(req)->last_oow_ack_time))
        req->rsk_ops->send_ack(sk, skb, req);
    if (paws_reject)
        __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_PAWSESTABREJECTED);
    return NULL;
}

/* In sequence, PAWS is OK. */

if (tmp_opt.saw_tstamp && !after(TCP_SKB_CB(skb)->seq, tcp_rsk(req)->rcv_nxt))
    req->ts_recent = tmp_opt.rcv_tsval;

if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn) {
    /* Truncate SYN, it is out of window starting
       at tcp_rsk(req)->rcv_isn + 1. */
    flg &= ~TCP_FLAG_SYN;
}

/* RFC793: "second check the RST bit" and
 *       "fourth, check the SYN bit"
 */
if (flg & (TCP_FLAG_RST|TCP_FLAG_SYN)) {
    __TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ATTEMPTFAILS);
    goto embryonic_reset;
}

/* ACK sequence verified above, just make sure ACK is
 * set.  If ACK not set, just silently drop the packet.
 *
 * XXX (TFO) - if we ever allow "data after SYN", the
 * following check needs to be removed.
 */
if (!(flg & TCP_FLAG_ACK))
    return NULL;

/* For Fast Open no more processing is needed (sk is the
 * child socket).
 */
if (fastopen)
    return sk;

/* While TCP_DEFER_ACCEPT is active, drop bare ACK. */
if (req->num_timeout < inet_csk(sk)->icsk_accept_queue.rskq_defer_accept &&
    TCP_SKB_CB(skb)->end_seq == tcp_rsk(req)->rcv_isn + 1) {
    inet_rsk(req)->acked = 1;
    __NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPDEFERACCEPTDROP);
    return NULL;
}

/* OK, ACK is valid, create big socket and
 * feed this segment to it. It will repeat all
 * the tests. THIS SEGMENT MUST MOVE SOCKET TO
 * ESTABLISHED STATE. If it will be dropped after
 * socket is created, wait for troubles.
 */

// 生成child sk， 从ehash中删除req sock    ipv4_specific  --> tcp_v4_syn_recv_sock
child = inet_csk(sk)->icsk_af_ops->syn_recv_sock(sk, skb, req, NULL,
                         req, &own_req);
if (!child)
    goto listen_overflow;

//sk->sk_rxhash = skb->hash; 
sock_rps_save_rxhash(child, skb);

//更新rtt_min,srtt,rto
tcp_synack_rtt_meas(child, req);
//插入accept队列
return inet_csk_complete_hashdance(sk, child, req, own_req);

listen_overflow:

if (!sysctl_tcp_abort_on_overflow) {

inet_rsk(req)->acked = 1;

return NULL;

}
embryonic_reset:

if (!(flg & TCP_FLAG_RST)) {

/* Received a bad SYN pkt - for TFO We try not to reset

* the local connection unless it's really necessary to

* avoid becoming vulnerable to outside attack aiming at

* resetting legit local connections.

/

req->rsk_ops->send_reset(sk, skb);

} else if (fastopen) { / received a valid RST pkt */

reqsk_fastopen_remove(sk, req, true);

tcp_reset(sk);

}

if (!fastopen) {

inet_csk_reqsk_queue_drop(sk, req);

__NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_EMBRYONICRSTS);

}

return NULL;

}

重点关注两点：

1 通调用链过tcp_v4_syn_recv_sock --> tcp_create_openreq_child --> inet_csk_clone_lock 生成新sock，状态设置为TCP_SYN_RECV；

且tcp_v4_syn_recv_sock通过调用inet_ehash_nolisten将新sock加入ESTABLISHED状态的哈希表中;

2 通过调用inet_csk_complete_hashdance，将新sock插入accept队列.

至此我们得到一个代表本次连接的新sock，状态为TCP_SYN_RECV，接着调用tcp_child_process，进而调用tcp_rcv_state_process：

tcp_child_process

接着调用tcp_child_process，进而调用tcp_rcv_state_process：

对socket的窗口，mss等进行设置，以及最后将sock的状态设置为TCP_ESTABLISHED，至此三次握手完成

/*
 * Queue segment on the new socket if the new socket is active,
 * otherwise we just shortcircuit this and continue with
 * the new socket.
 *
 * For the vast majority of cases child->sk_state will be TCP_SYN_RECV
 * when entering. But other states are possible due to a race condition
 * where after __inet_lookup_established() fails but before the listener
 * locked is obtained, other packets cause the same connection to
 * be created.
 */
int tcp_child_process(struct sock *parent, struct sock *child,

struct sk_buff *skb)

{

int ret = 0;

int state = child->sk_state;
tcp_segs_in(tcp_sk(child), skb);
if (!sock_owned_by_user(child)) {
    ret = tcp_rcv_state_process(child, skb);
    /* Wakeup parent, send SIGIO */
    if (state == TCP_SYN_RECV && child->sk_state != state)
        parent->sk_data_ready(parent);
} else {
    /* Alas, it is possible again, because we do lookup
     * in main socket hash table and lock on listening
     * socket does not protect us more.
     */
    __sk_add_backlog(child, skb);
}

bh_unlock_sock(child);
sock_put(child);
return ret;

}

又回到了函数tcp_rcv_state_process，TCP_SYN_RECV状态的套接字将由一下代码处理（只考虑TCP_SYN_RECV部分）：

tcp_rcv_state_process

对socket的窗口，mss等进行设置，以及最后将sock的状态设置为TCP_ESTABLISHED，至此三次握手完成

    //服务端第三次握手处理
    case TCP_SYN_RECV:
        if (!acceptable)
            return 1;
    if (!tp->srtt_us)
        tcp_synack_rtt_meas(sk, req);

    /* Once we leave TCP_SYN_RECV, we no longer need req
     * so release it.
     */
    if (req) {
        inet_csk(sk)->icsk_retransmits = 0;
        reqsk_fastopen_remove(sk, req, false);
    } else {
        /* Make sure socket is routed, for correct metrics. */

        //建立路由，初始化拥塞控制模块
        icsk->icsk_af_ops->rebuild_header(sk);
        tcp_init_congestion_control(sk);

        tcp_mtup_init(sk);
        tp->copied_seq = tp->rcv_nxt;
        tcp_init_buffer_space(sk);
    }
    smp_mb();
    //正常的第三次握手，设置连接状态为TCP_ESTABLISHED 
    tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);
    sk->sk_state_change(sk);

    /* Note, that this wakeup is only for marginal crossed SYN case.
     * Passively open sockets are not waked up, because
     * sk->sk_sleep == NULL and sk->sk_socket == NULL.
     */

    //状态已经正常，唤醒那些等待的线程
    if (sk->sk_socket)
        sk_wake_async(sk, SOCK_WAKE_IO, POLL_OUT);

    tp->snd_una = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;
    tp->snd_wnd = ntohs(th->window) << tp->rx_opt.snd_wscale;
    tcp_init_wl(tp, TCP_SKB_CB(skb)->seq);

    if (tp->rx_opt.tstamp_ok)
        tp->advmss -= TCPOLEN_TSTAMP_ALIGNED;

    if (req) {
        /* Re-arm the timer because data may have been sent out.
         * This is similar to the regular data transmission case
         * when new data has just been ack'ed.
         *
         * (TFO) - we could try to be more aggressive and
         * retransmitting any data sooner based on when they
         * are sent out.
         */
        tcp_rearm_rto(sk);
    } else
        tcp_init_metrics(sk);

    if (!inet_csk(sk)->icsk_ca_ops->cong_control)
        tcp_update_pacing_rate(sk);

    /* Prevent spurious tcp_cwnd_restart() on first data packet */

    //更新最近一次发送数据包的时间
    tp->lsndtime = tcp_time_stamp;

    tcp_initialize_rcv_mss(sk);

    //计算有关TCP首部预测的标志
    tcp_fast_path_on(tp);
    break;

可以看到到代码对socket的窗口，mss等进行设置，以及最后将sock的状态设置为TCP_ESTABLISHED，至此三次握手完成。

等待用户调用accept调用，取出套接字使用。

为什么要存在半连接队列

因为根据TCP协议的特点，会存在半连接这样的网络攻击存在，叫做syn攻击,syn flood泛洪

即不停的发SYN包，而从不回应SYN_ACK。

如果发一个SYN包就让Kernel建立一个消耗极大的sock，那么很容易就内存耗尽。

我们只需要一直对服务端发送syn包，但是不回ack回应包，

这样就会使得服务端有大量请求处于syn_recv状态，这就是所谓的syn flood泛洪，syn攻击，DDos攻击

半连接队列, 是解决 syn flood洪泛的 一个关键措施。

所以内核在三次握手成功之前，只分配一个占用内存极小的request_sock，以防止这种攻击的现象，

再配合syn_cookie机制，尽量抵御这种半连接攻击的风险。

如何抵御syn攻击

开启tcp_syncookies功能

开启tcp_syncookies ， 服务端根本不创建 request_sock对象，也不建立sock连接

如果启用了syncookies，服务端将客户端SYN报文中的一些信息保存在了序号中，就不需要保留此连接的request_sock结构了，

在发送完SYN+ACK报文之后，将已经申请的资源释放，降低DDos攻击时的资源消耗

syncookies在接收到客户端的syn报文时，计算出一个cookies值，放到syn+ack报文中发出。

cookies值通过调用secure_tcp_syn_cookie函数，根据报文中的源/目的IP地址，TCP源/目的端口号，TCP序号和MSS索引值，计算出来

当客户端返回ack报文时，取出该值验证，成功则建立连接，如下图：

如下PROC文件tcp_syncookies默认值为1，

表明在套接口的SYN backlog队列溢出时，将开启SYNCOOKIES功能，抵御SYN泛洪攻击。

如果tcp_syncookies设置为2，将会无条件的开启SYNCOOKIES功能。

$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
1

增大半连接队列

由于全连接队列里面保存的是占用内存很大的普通sock，所以Kernel给其加了一个最大长度的限制。

相关的三个参数

1.listen系统调用中传进去的backlog

2./proc/sys/inet/ipv4/tcp_max_syn_backlog

3./proc/sys/net/core/somaxconn

所以不能只增大tcp_max_syn_backlog, 还需要一同增大somaconn和backlog，也就是增大全连接队列

$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

256
增大全连接队列
cat /proc/sys/net/core/somaxconn
128

减少syn+ack报文的重传次数

因为我们在收到syn攻击时，服务端会重传syn+ack报文到最大次数，才会断开连接。

针对syn攻击的场景，我们可以减少ack+syn报文的重传次数，使处于syn_recv状态的它们更快断开连接

修改重传次数:

/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries

 cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries
5

第 1 次重试发生在 1 秒钟后，接着会以翻倍的方式在第 2、4、8、16、32 秒共做5 次重试，最后一次重试会等待 32秒，如果仍然没有返回 ACK，才会终止三次握手。所以，总耗时是 1+2+4+8+16+32=63 秒，超过 1分钟。

//目前，Linux下默认会进行5次重发SYN-ACK包，重试的间隔时间从1s开始，下次的重试间隔时间是前一次的双倍，5次的重试时间间隔
//为1s, 2s, 4s, 8s, 16s，总共31s，第5次发出后还要等32s都知道第5次也超时了，所以，总共需要 1s + 2s + 4s+ 8s+ 16s + 32s = 63s，
//TCP才会把断开这个连接。由于，SYN超时需要63秒，那么就给攻击者一个攻击服务器的机会，攻击者在短时间内发送大量的SYN包给Server(俗称 SYN flood 攻击)，

全连接队列、半连接队列、backlog 限制设置

1./proc/sys/inet/ipv4/tcp_max_syn_backlog

2./proc/sys/net/core/somaxconn

3.backlog 限制

backlog

listen 的 backlog 参数。

netty里边，默认设置了 200

全连接队列的最大值

全连接队列的最大值是 min(somaxconn, backlog)；

默认情况下， min(128, 200)=128

somaxconn

somaxconn它用于限制 tcp 的全连接队列和半连接队列的长度。

cat /proc/sys/net/core/somaxconn
128

该内核参数默认值一般是128（定义了系统中每一个端口最大的监听队列的长度），

对于负载很大的服务程序来说大大的不够。

一般会将它修改为2048或者更大。

echo 2048 > /proc/sys/net/core/somaxconn 但是这样系统重启后保存不了

在/etc/sysctl.conf中添加如下

net.core.somaxconn = 16384

然后在终端中执行

sysctl -p

# /etc/sysctl.conf
net.core.somaxconn = 2048
# sysctl -p

backlog 要配套修改

tcp_max_syn_backlog

$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
256

tcp_max_syn_backlog 在系统配置中设置，用于检查 syn 半连接队列健康情况，

当服务端接收到一定数量的 syn 包，要检查新旧包是否有冲突，如有冲突就丢弃新包，这样就要避免洪水攻击。

# /etc/sysctl.conf
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 2048
# /sbin/sysctl -p

半连接队列的最大值

半连接队列的最大值 与 tcp_max_syn_backlog 配置项 关系最为紧密的。

在 Linux 2.6.32 内核版本，它们之间的关系，总体可以概况为：

当 tcp_max_syn_backlog > accept_queue大小时， 半连接队列最大值 max_qlen_log = accept_queue大小 * 2;
当 tcp_max_syn_backlog< accept_queue大小 时， 半连接队列最大值 max_qlen_log = tcp_max_syn_backlog * 2;

其中，accept_queue大小 = min(somaxconn, backlog)

如何增大全连接队列呢？

当全连接队列溢出后，我们需要增大全连接队列的长度，以提高请求容量

TCP 全连接队列的最大值取决于 somaxconn 和 backlog 之间的最小值，也就是 min(somaxconn, backlog)

所以我们需要提高这两个参数的大小才能拿增大全连接队列

如何增大半连接队列呢？

要想增大半连接队列，我们得知不能只单纯增大 tcp_max_syn_backlog 的值，

还需一同增大 somaxconn 和 backlog，也就是增大全连接队列。

否则，只单纯增大 tcp_max_syn_backlog 是无效的。

全连接队列溢出

当服务端的全连接队列过小时，容易发生全连接队列溢出。

发生全连接队列溢出，后续的请求就会别丢弃。

Linux有个参数，可以指定TCP全连接队列满了，会使用什么策略来回应客户端

• 可以丢弃客户端的ack报文，当然， 只是liunx的默认行为，

• 可以向客户端发送RST报文，终止连接，告诉客户端连接失败

tcp_abort_on_overflow共有两个值分别是0和1

• 0：如果全连接队列满了，那么 server 扔掉 client 发过来的 ack ；

• 1：如果全连接队列满了，server 发送一个 RST 包给 client，表示废掉这个握手过程和这个连接，终止这个握手连接

通常情况下设置为0更好，可以提高效率

如果设置tcp_abort_on_overflow为0的话，此时服务端全连接队列满了，客户端发送过来的ack报文，服务端丢弃。

而此时客户端还会继续重传，如果此时服务端的全连接队列有空闲，那么就会接受重传的ack包，这样就能直接建立连接了。

而设置tcp_abort_on_overflow为1的话，还需要重新连接

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow
0

设置为 1排查问题比较方便

如果要想知道客户端连接不上服务端，是不是服务端 TCP 全连接队列满的原因，那么可以把 tcp_abort_on_overflow 设置为 1，

这时如果在客户端异常中可以看到很多 connection reset by peer 的错误，那么就可以证明是由于服务端 TCP 全连接队列溢出的问题。

连接队列溢出会导致无法与服务器建立新连接或者客户端出现大量 connection reset by peer 错误。

内核TCP参数优化

编辑文件**/etc/sysctl.conf**，加入以下内容：

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 2
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.ip_local_port_range = 4000 65000
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 36000
net.ipv4.route.gc_timeout = 100
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
net.core.somaxconn = 16384
net.core.netdev_max_backlog = 16384
net.ipv4.tcp_max_orphans = 16384
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow = 0

然后执行 sysctl -p 让参数生效。

作用说明：

• net.ipv4.tcp_fin_timeout 表示套接字由本端要求关闭，这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2状态的时间，默认值是60秒。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout 60
• net.ipv4.tcp_tw_reuse 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认值为0，表示关闭。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse 0
• net.ipv4.tcp_tw_recycle 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle，默认为0，表示关闭。 提示：reuse和recycle这两个参数是为防止生产环境下Web、Squid等业务服务器time_wait网络状态数量过多设置的。
• net.ipv4.tcp_syncookies 表示开启SYN Cookies功能。当出现SYN等待队列溢出时，启用Cookies来处理，可防范少量SYN攻击，这个参数也可以不添加。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies,默认值为1
• net.ipv4.tcp_keepalive_time 表示当keepalive启用时，TCP发送keepalive消息的频度。默认是2小时，建议改为10分钟。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time,默认为7200秒。
• net.ipv4.ip_local_port_range 该选项用来设定允许系统打开的端口范围，即用于向外连接的端口范围。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 32768 61000
• net.ipv4.tcp_max_syn_backlog 表示SYN队列的长度，默认为256，建议加大队列的长度为8192或更多，这样可以容纳更多等待连接的网络连接数。 该参数为服务器端用于记录那些尚未收到客户端确认信息的连接请求最大值。 该参数对象系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
• net.ipv4.tcp_max_tw_buckets 表示系统同时保持TIME_WAIT套接字的最大数量，如果超过这个数值，TIME_WAIT套接字将立刻被清除并打印警告信息。 默认为180000，对于Apache、Nginx等服务器来说可以将其调低一点，如改为5000~30000，不通业务的服务器也可以给大一点，比如LVS、Squid。 此项参数可以控制TIME_WAIT套接字的最大数量，避免Squid服务器被大量的TIME_WAIT套接字拖死。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_tw_buckets
• net.ipv4.tcp_synack_retries 参数的值决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK包的数量。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries,默认值为5
• net.ipv4.tcp_syn_retries 表示在内核放弃建立连接之前发送SYN包的数量。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries 5
• net.ipv4.tcp_max_orphans 用于设定系统中最多有多少个TCP套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。 如果超过这个数值，孤立连接将被立即被复位并打印出警告信息。 这个限制只有为了防止简单的DoS攻击。不能过分依靠这个限制甚至认为减少这个值，更多的情况是增加这个值。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_orphans 65536
• net.core.somaxconn 该选项默认值是128，这个参数用于调节系统同时发起的TCP连接数，在高并发的请求中，默认的值可能会导致链接超时或重传，因此，需要结合并发请求数来调节此值。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/core/somaxconn 128
• net.core.netdev_max_backlog 表示当每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许发送到队列的数据包最大数。 该参数对应系统路径为：/proc/sys/net/core/netdev_max_backlog，默认值为1000

32,768

压测工具

用于做实操的

wrk压测工具

wrk 是一款针对 http 协议的基准测试工具，

它能够在单机多核 CPU 的条件下，使用系统自带的高性能 I/O 机制，如 epoll，kqueue 等，通过多线程和事件模式，对目标机器产生大量的负载。

即wrk能够开启多个连接访问接口，看接口最多每秒可以承受多少连接。

优势：

轻量级性能测试工具
安装简单
学习曲线基本为0，几分钟就学会使用了
基于系统自带的高性能I/O机制，如epoll，kqueue，利用异步的事件驱动框架，通过很少的线程就可以压出很大的并发量，例如几万、几十万，这是很多性能测试工具无法做到的。
劣势：

wrk 目前仅支持单机压测，后续也不太可能支持多机器对目标机压测，

因为它本身的定位，并不是用来取代 JMeter, LoadRunner 等专业的测试工具。

ab命令压力测试

ab命令全称为 Apache bench 是Apache自带的压力测试工具。ab命令非常实用，它不仅可以对Apache服务器进行网站访问压力测试，也可以对或其它类型的服务器进行压力测试，ab命令会创建多个并发线程，模拟多个访问者同时对某一个url地址进行访问，实现压力测试

ab命令对发出负载的计算机要求很低，它既不会占用很高CPU，也不会占用很多内存。但却会给目标服务器造成巨大的负载，其原理类似CC攻击，可能会造成目标服务器资源耗尽，严重时可能会导致死机，而且它没有图形化结果不能监控，所以只能用作临时紧急任务和简单的测试

直接安装httpd-tools，就能使用ab命令

yum -y install httpd-tools

查看ab是否安装成功，可以切换到上述目录下，使用ab –V命令进行检测。如下：

ab -V

[root@cdh1 wrk]# ab -V
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1430300 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/

ab -n 1000 -c 100 http://www.baidu.com/

[root@cdh1 wrk]# ab -n 1000 -c 100 http://www.baidu.com/
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1430300 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking www.baidu.com (be patient)

^C
Server Software:        BWS/1.1

Server Hostname:        www.baidu.com

Server Port:            80
Document Path:          /

Document Length:        359965 bytes
Concurrency Level:      100

Time taken for tests:   5.225 seconds

Complete requests:      19

Failed requests:        18

(Connect: 0, Receive: 0, Length: 18, Exceptions: 0)

Write errors:           0

Total transferred:      24327010 bytes

HTML transferred:       24194019 bytes

Requests per second:    3.64 [#/sec] (mean)

Time per request:       27500.426 [ms] (mean)

Time per request:       275.004 [ms] (mean, across all concurrent requests)

Transfer rate:          4546.69 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)

min  mean[+/-sd] median   max

Connect:       54   90  69.3     60     345

Processing:   761 3415 1293.9   3664    5070

Waiting:       79  256 180.8    235     917

Total:        924 3505 1251.8   3722    5127
Percentage of the requests served within a certain time (ms)

50%   3646

66%   4207

75%   4608

80%   4723

90%   4968

95%   5127

98%   5127

99%   5127

100%   5127 (longest request)

参考文献

https://blog.csdn.net/qq_22310551/article/details/124431034

https://blog.csdn.net/u013887008/article/details/104361380

https://article.itxueyuan.com/e196bP

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