连接请求块(request_sock)之于TCP三次握手，就如同网络数据包(sk_buff)之于网络协议栈，都是核心的数据结构。
内核版本：3.6
Author：zhangskd @ csdn blog
存储队列
连接请求块的存储队列：包括全连接队列、半连接队列。
/**
* @icsk_accept_queue: FIFO of established children
*/
struct inet_connection_sock {
...
/* 存放SYN_RECV、ESTABLISHED状态的连接请求块tcp_request_sock */
struct request_sock_queue icsk_accept_queue;
...
};
/* struct request_sock_queue - queue of request_sock
* @rskq_accept_head: FIFO head of established children
* @rskq_accept_tail: FIFO tail of established children
* @syn_wait_lock: serializer
* @rskq_defer_accept: User waits for some data after accept()
*/ struct request_sock_queue {
struct request_sock *rskq_accept_head; /* ESTABLISHED状态请求块的头，等待accept */
struct request_sock *rskq_accept_tail; /* ESTABLISHED状态请求块的尾 */ rwlock_t syn_wait_lock; /* listen_opt及其成员的读写锁 */
u8 rskq_defer_accept; /* 3 byte hole, try to pack */
struct listen_sock *listen_opt; /* SYN_RECV状态的请求块，等待ACK */
};
连接请求块(request_sock)保存在两个队列中：
(1) 处于SYN_RECV状态，即半连接队列
保存在icsk->icsk_accept_queue.listen_opt中，这个listen_sock实例在listen()后创建。
当客户端的ACK到达时，连接请求块会被移动到ESTABLISHED状态的连接请求块队列中。
注意，半连接队列是在listen()时创建的。
(2) 处于ESTABLISHED状态，即全连接队列
保存在icsk->icsk_accept_queue.rskq_accept_head和icsk->icsk_accept_queue.rskq_accept_tail
所指定的FIFO队列中。此队列的连接请求块等待accept()的获取。
listen_sock用于保存SYN_RECV状态的连接请求块，它的实例在listen()时创建。
/* struct listen_sock - listen state
*
* @max_qlen_log - log_2 of maximal queued SYNs/REQUSTs
*/ struct listen_sock {
u8 max_qlen_log; /* 半连接队列最大长度的log2 */
u8 synflood_warned; /* SYN Flood标志 */
/* 2 bytes hole, try to use */
int qlen; /* 当前连接请求块的数目 */
int qlen_young; /* 当前未重传过SYNACK的请求块数目 */
int clock_hand;
u32 hash_rnd; /* 一个随机数，用于计算hash值 */
u32 nr_table_entries; /* 半连接队列最大长度 */
struct request_sock *syn_table[0]; /* 连接请求块的指针数组 */
};
连接请求块
最基本表示。
/* struct request_sock - mini sock to represent a connection request */
struct request_sock {
struct request_sock *dl_next; /* Must be first member! */ u16 mss; /* 客户端通告的MSS */
u8 retrans; /* SYNACK的重传次数 */
u8 cookie_ts; /* syncookie: encode tcpopts in timestamp */
u32 window_clamp; /* 本端的最大通告窗口 */
u32 rcv_wnd; /* 本端的接收窗口大小 */
u32 ts_recent; /* 下个发送段的时间戳回显值 */
unsigned long expires; /* SYNACK的超时时间 */
const struct request_sock_ops *rsk_ops; /* 指向tcp_request_sock_ops，操作函数 */
struct sock *sk; /* 连接建立之前无效 */
u32 secid;
u32 peer_secid;
};
inet层表示。
struct inet_request_sock {
struct request_sock req;
#if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6)
u16 inet6_rsk_offset;
#endif
__be16 loc_port; /* 本端端口 */
__be32 loc_addr; /* 本端IP */
__be32 rmt_addr; /* 客户端IP */
__be16 rmt_port; /* 客户端端口 */
kmemcheck_bitfield_begin(flags);
u16 snd_wscale : 4, /* 对端的扩大因子 */
rcv_wscale : 4, /* 本端的扩大因子 */
tstamp_ok : 1, /* 连接是否支持TIMESTAMP选项 */
sack_ok : 1, /* 连接是否支持SACK选项 */
wscale_ok : 1, /* 连接是否支持Window Scale选项 */
ecn_ok : 1, /* 连接是否支持ECN选项 */
acked : 1,
no_srccheck : 1;
kmemcheck_bitfield_end(flags);
struct ip_options_rcu *opt; /* IP选项 */
};
TCP层表示为tcp_request_sock。
struct tcp_request_sock {
struct inet_request_sock req;
#ifdef CONFIG_TCP_MD5SIG
/* Only used by TCP MD5 Signature so far. */
const struct tcp_request_sock_ops *af_specific;
#endif
u32 rcv_isn; /* 客户端的初始序列号 */
u32 snt_isn; /* 本端的初始序列号 */
u32 snt_synack; /* synack sent time */
};
操作函数
request_sock_ops为处理连接请求块的函数指针表，对于TCP，它的实例为tcp_request_sock_ops。
struct request_sock_ops {
int family; /* 所属的协议族 */
int obj_size; /* 连接请求块的大小 */
struct kmem_cache *slab; /* 连接请求块的高速缓存 */
char *slab_name;
/* 重传SYNACK */
int (*rtx_syn_ack) (struct sock *sk, struct request_sock *req, struct request_values *rvp);
/* 发送ACK */
void (*send_ack) (struct sock *sk, struct sk_buff *skb, struct request_sock *req);
/* 发送RST */
void (*send_reset) (struct sock *sk, struct sk_buff *skb);
/* 析构函数 */
void (*destructor) (struct request_sock *req);
/* SYNACK超时处理函数 */
void (*syn_ack_timeout) (struct sock *sk, struct request_sock *req);
};
对于TCP，它的实例为tcp_request_sock_ops。
struct request_sock_ops tcp_request_sock_ops__read_mostly = {
.family = PF_INET,
.obj_size = sizeof(struct tcp_request_sock),
.rtx_syn_ack = tcp_v4_rtx_synack,
.send_ack = tcp_v4_reqsk_send_ack,
.destructor = tcp_v4_reqsk_destructor,
.send_reset = tcp_v4_send_reset,
.syn_ack_timeout = tcp_syn_ack_timeout,
};
建立连接时处理
（1）分配
从缓存块中分配一个request_sock实例，并指定此实例的操作函数集。
static inline struct request_sock *inet_reqsk_alloc(struct request_sock_ops *ops)
{
struct request_sock *req = reqsk_alloc(ops); /* 分配一个连接请求块 */
struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req); if (req != NULL) {
kmemcheck_annotate_bitfield(ireq, flags);
ireq->opt = NULL;
} return req;
} static inline struct request_sock *reqsk_alloc(const struct request_sock_ops *ops)
{
struct request_sock *req = kmem_cache_alloc(ops->slab, GFP_ATOMIC); /* 从缓存块中分配 */
if (req != NULL)
req->rsk_ops = ops; /* 指定此连接请求块的操作函数集 */
return req;
}
（2）释放
释放一个request_sock实例。
static inline void reqsk_free(struct request_sock *req)
{
req->rsk_ops->destructor(req); /* 对于TCP是tcp_v4_reqsk_destructor() */
__reqsk_free(req);
} /* IPv4 request_sock destructor. */
static void tcp_v4_reqsk_destructor(struct request_sock *req)
{
kfree(inet_rsk(req)->opt); /* 释放IP选项 */
} static inline void __reqsk_free(struct request_sock *req)
{
kmem_cache_free(req->rsk_ops->slab, req);
}
（3）初始化
初始化连接请求块，包括request_sock、inet_request_sock、tcp_request_sock。
static inline void tcp_openreq_init(struct request_sock *req,
struct tcp_options_received *rx_opt, struct sk_buff *skb)
{
struct inet_request_sock *ireq = inet_rsk(req); req->rcv_wnd = 0; /* 本端的初始接收窗口大小 */
req->cookie_ts = 0; /* syncookie: encode tcpopts in timestamp */
tcp_rsk(req)->rcv_isn = TCP_SKB_CB(skb)->seq; /* 客户端的初始序列号 */
req->mss = rx_opt->mss_clamp; /* 客户端通告的MSS */
req->ts_recent = rx_opt->saw_tstamp ? rx_opt->rcv_tsval : 0; /* 客户端SYN的时间戳 */
ireq->tstamp_ok = rx_opt->tstamp_ok; /* 连接是否使用TIMESTAMP选项 */
ireq->sack_ok = rx_opt->sack_ok; /* 连接是否使用SACK选项 */
ireq->snd_wscale = rx_opt->snd_wscale; /* 对端的窗口扩大因子 */
ireq->wscale_ok = rx_opt->wscale_ok; /* 连接是否使用Window Scaling选项 */
ireq->acked = 0;
ireq->ecn_ok = 0;
ireq->rmt_port = tcp_hdr(skb)->source; /* 对端的端口 */
ireq->loc_port = tcp_hdr(skb)->dest; /* 本端的端口 */
}
（4）入队列
把连接请求块链入半连接队列中。
void inet_csk_reqsk_queue_hash_add(struct sock *sk, struct request_sock *req, unsigned long timeout)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
struct listen_sock *lopt = icsk->icsk_accept_queue.listen_opt; /* 半连接队列 */ /* 根据目的IP、目的端口和随机数，计算出该连接请求块的hash值 */
const u32 h = inet_synq_hash(inet_rsk(req)->rmt_addr, inet_rsk(req)->rmt_port, lopt->hash_rnd,
lopt->nr_table_entries); /* 设置连接请求块的超时时间、按照hash值把它链入半连接队列 */
reqsk_queue_hash_req(&icsk->icsk_accept_queue, h, req, timeout); /* 更新半连接队列长度，如果之前为0，则启动定时器 */
inet_csk_reqsk_queue_added(sk, timeout);
}
设置连接请求块的超时时间、按照hash值把它链入半连接队列。
static inline void reqsk_queue_hash_req(struct request_sock_queue *queue, u32 hash,
struct request_sock *req, unsigned long timeout)
{
struct listen_sock *lopt = queue->listen_opt; /* 半连接队列 */
req->expires = jiffies + timeout; /* SYNACK的超时时间 */
req->retrans = 0; /* SYNACK的重传次数 */
req->sk = NULL; /* 连接尚未建立 */
req->dl_next = lopt->syn_table[hash]; /* 指向下一个req */ write_lock(&queue->syn_wait_lock);
lopt->syn_table[hash] = req; /* 把请求链入半连接队列 */
write_unlock(&queue->syn_wait_lock);
}
static inline void inet_csk_reqsk_queue_added(struct sock *sk, const unsigned long timeout)
{
/* 更新半连接队列长度，如果之前的长度为0 */
if (reqsk_queue_added(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue) == 0)
inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, timeout); /*启动定时器 */
} static inline int reqsk_queue_added(struct request_sock_queue *queue)
{
struct listen_opt *lopt = queue->listen_opt; /* 半连接队列 */ const int prev_qlen = lopt->qlen; /* 之前的半连接队列长度 */
lopt->qlen_young++; /* 更新未重传过的请求块数 */
lopt->qlen++; /* 更新半连接队列长度 */
return prev_qlen;
} void inet_csk_reset_keepalive_timer(struct sock *sk, unsigned long len)
{
sk_reset_timer(sk, &sk->sk_timer, jiffies + len);
}
根据目的IP、目的端口和随机数，计算出该连接请求块的hash值。
static inline u32 inet_synq_hash(const __be32 raddr, const __be16 rport, const u32 rnd,
const u32 synq_hsize)
{
return jhash_2words((__force u32) raddr, (__force u32) rport, rnd) & (synq_hsize - 1);
} static inline u32 jhash_2words(u32 a, u32 b, u32 initval)
{
return jhash_3words(a, b, 0, initval);
} static inline u32 jhash_3words(u32 a, u32 b, u32 c, u32 initval)
{
a += JHASH_INITVAL;
b += JHASH_INITVAL;
c += initval; __jhash_final(a, b, c);
return c;
} /* An arbitrary initial parameter */
#define JHASH_INITVAL 0xdeadbeef /* __jhash_final - final mixing of 3 32-bit values (a, b, c) into c */
#define __jhash_final(a, b, c) \
{
c ^= b; c -= rol32(b, 14); \
a ^= c; a -= rol32(c, 11); \
b ^= a; b -= rol32(a, 25); \
c ^= b; c -= rol32(b, 16); \
a ^= c; a -= rol32(c, 4); \
b ^= a; b -= rol32(a, 14); \
c ^= b; c -= rol32(b, 24); \
} /**
* rol32 - rotate a 32-bit value left
* @word: value to rotate
* @shift: bits to roll
*/
static inline __u32 rol32(__u32 word, unsigned int shift)
{
return (word << shift) | (word >> (32 - shift));
}
(5) 出队列
把连接请求块从半连接队列中删除。
static inline void inet_csk_reqsk_queue_drop(struct sock *sk, struct request_sock *req,
struct request_sock **prev)
{
inet_csk_reqsk_queue_unlink(sk, req, prev); /* 把连接请求块从半连接队列中删除 */
inet_csk_reqsk_queue_removed(sk, req); /* 更新半连接队列长度，如果为0，则删除定时器 */
reqsk_free(req); /* 释放连接请求块 */
} static inline void inet_csk_reqsk_queue_unlink(struct sock *sk, struct request_sock *req,
struct request_sock **prev)
{
reqsk_queue_unlink(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req, prev);
}
把连接请求块从半连接队列中删除。
static inline void reqsk_queue_unlink(struct request_sock_queue *queue, struct request_sock *req,
struct request_sock **prev_req)
{
write_lock(&queue->syn_wait_lock);
*prev_req = req->dl_next; /* 改变了指针的值，相当于删除了req指向的实例 */
write_unlock(&queue->syn_wait_lock);
} static inline void inet_csk_reqsk_queue_removed(struct sock *sk, struct request_sock *req)
{
/* 如果半连接队列长度为0，则删除定时器 */
if (reqsk_queue_removed(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req) == 0)
inet_csk_delete_keepalive_timer(sk);
}
更新未重传过的连接请求块数、更新半连接队列长度。
static inline int reqsk_queue_removed(struct request_sock_queue *queue, struct request_sock *req)
{
struct listen_sock *lopt = queue->listen_opt;
if (req->retrans == 0)
--lopt->qlen_yong;
return --lopt->qlen;
}