2.3 Listenシステム呼び出し

C/Sモードでは、サーバプロセスはbindシステム呼び出しを呼び出さなければならない.そうすれば、対外的にサービスを提供するアドレスを決定することができる.クライアントプロセスはbindを呼び出すことができ、これはクライアントが要求を送信する際に使用するソースIPアドレスとポートを決定するためである.listenシステム呼び出しサーバプロセスは、クライアントプロセスにとってこの関数は不要です.Listenシステム呼び出しはいったい何をしたのですか.
Listenシステム呼び出しの関数プロトタイプ:

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfdはsocketファイル記述子であり、backlogは処理待ちのリクエストを保存するキューの最大長である.対応するカーネルコードを見てみましょう.

1526 SYSCALL_DEFINE2(listen, int, fd, int, backlog)                                                                                             
1527 {
1528     struct socket *sock;
1529     int err, fput_needed;
1530     int somaxconn;
1531 
1532     sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);                                                                                    
1533     if (sock) {
1534         somaxconn = sock_net(sock->sk)->core.sysctl_somaxconn;
1535         if ((unsigned int)backlog > somaxconn)
1536             backlog = somaxconn;                                                                                                           
1537 
1538         err = security_socket_listen(sock, backlog);                                                                                       
1539         if (!err)
1540             err = sock->ops->listen(sock, backlog);                                                                                        
1541 
1542         fput_light(sock->file, fput_needed);                                                                                               
1543     }
1544     return err;
1545 }

sock->ops->listen指向inet_Listen関数:

 195 int inet_listen(struct socket *sock, int backlog)
 196 {
 197     struct sock *sk = sock->sk;
 198     unsigned char old_state;
 199     int err;
...
 214     if (old_state != TCP_LISTEN) {
...
 222         if ((sysctl_tcp_fastopen & TFO_SERVER_ENABLE) != 0 &&
 223             inet_csk(sk)->icsk_accept_queue.fastopenq == NULL) {
 224             if ((sysctl_tcp_fastopen & TFO_SERVER_WO_SOCKOPT1) != 0)
 225                 err = fastopen_init_queue(sk, backlog);
 226             else if ((sysctl_tcp_fastopen &
 227                   TFO_SERVER_WO_SOCKOPT2) != 0)
 228                 err = fastopen_init_queue(sk,
 229                     ((uint)sysctl_tcp_fastopen) >> 16);
 230             else
 231                 err = 0;
 232             if (err)
 233                 goto out;
 234         }
 235         err = inet_csk_listen_start(sk, backlog);
 236         if (err)
 237             goto out;
 238     }
 239     sk->sk_max_ack_backlog = backlog;  //  backlog      ，       listen    ，             
 240     err = 0;
 241 
 242 out:
 243     release_sock(sk);
 244     return err;
 245 }

222-233行はTFO(TCP Fast Open)機能に関連しており、この機能は後章で詳細に分析されている.
239行に設定された数値は、「3回の握手が完了し、サーバ側プロセスがacceptシステム呼び出しを行うのを待っている接続の最大数」を意味し、これらの接続が存在するキューは「backlogキュー」と呼ぶことができる.
Listenシステム呼び出しの主な機能はinet_csk_listen_start実装:

751 int inet_csk_listen_start(struct sock *sk, const int nr_table_entries)
752 {   
753     struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);
754     struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
755     int rc = reqsk_queue_alloc(&icsk->icsk_accept_queue, nr_table_entries);  //  backlog     accept_queue
756 
757     if (rc != 0)
758         return rc;
759 
760     sk->sk_max_ack_backlog = 0;
761     sk->sk_ack_backlog = 0;
762     inet_csk_delack_init(sk);
763     
764     /* There is race window here: we announce ourselves listening,
765      * but this transition is still not validated by get_port().
766      * It is OK, because this socket enters to hash table only
767      * after validation is complete.
768      */
769     sk->sk_state = TCP_LISTEN;  //  TCP    listen
770     if (!sk->sk_prot->get_port(sk, inet->inet_num)) {
771         inet->inet_sport = htons(inet->inet_num);
772 
773         sk_dst_reset(sk);
774         sk->sk_prot->hash(sk);
775     
776         return 0;
777     }
778 
779     sk->sk_state = TCP_CLOSE;
780     __reqsk_queue_destroy(&icsk->icsk_accept_queue);
781     return -EADDRINUSE;
782 }

75行コードの機能はbacklogキューを初期化することです.

 40 int reqsk_queue_alloc(struct request_sock_queue *queue,
 41               unsigned int nr_table_entries)
 42 {
 43     size_t lopt_size = sizeof(struct listen_sock);
 44     struct listen_sock *lopt;
 45 
 46     nr_table_entries = min_t(u32, nr_table_entries, sysctl_max_syn_backlog);
 47     nr_table_entries = max_t(u32, nr_table_entries, 8);
 48     nr_table_entries = roundup_pow_of_two(nr_table_entries + 1);
 49     lopt_size += nr_table_entries * sizeof(struct request_sock *);
 50     if (lopt_size > PAGE_SIZE)
 51         lopt = vzalloc(lopt_size);
 52     else
 53         lopt = kzalloc(lopt_size, GFP_KERNEL);
 54     if (lopt == NULL)
 55         return -ENOMEM;
 56 
 57     for (lopt->max_qlen_log = 3;
 58          (1 << lopt->max_qlen_log) < nr_table_entries;
 59          lopt->max_qlen_log++);  //  socket     SYN       
 60 
 61     get_random_bytes(&lopt->hash_rnd, sizeof(lopt->hash_rnd));
 62     rwlock_init(&queue->syn_wait_lock);
 63     queue->rskq_accept_head = NULL;
 64     lopt->nr_table_entries = nr_table_entries;
 65 
 66     write_lock_bh(&queue->syn_wait_lock);
 67     queue->listen_opt = lopt;
 68     write_unlock_bh(&queue->syn_wait_lock);
 69 
 70     return 0;
 71 }

43行、49行、67行からqueue->listen_optが指すメモリのサイズはsizeof(struct listen_sock)+nr_table_Entries*sizeof(struct request_sock*)、struct listen_sockの定義は次のとおりです.

 94 struct listen_sock {
 95     u8          max_qlen_log;
 96     u8          synflood_warned;
 97     /* 2 bytes hole, try to use */
 98     int         qlen;
 99     int         qlen_young;
100     int         clock_hand;
101     u32         hash_rnd;
102     u32         nr_table_entries;
103     struct request_sock *syn_table[0];
104 };  

queue->listen_がわかりますopt->syn_tableはbacklogサイズのポインタ配列であり、syn_tableはSYNリクエスト情報を保存するために使用されます.
inet_に戻るcsk_listen_start関数.sk->sk_prot->get_port指向inet_csk_get_port関数.listenを呼び出す前にbindシステム呼び出しを呼び出すとsk->sk_が呼び出されましたprot->get_portは一度、bindとlistenの間にタイムウィンドウがあるため、ここで再び呼び出されます.プロセスは、このタイムウィンドウでsocketのプロパティ(sk->reuseなど)を変更する可能性があるため、ポートを再確認して使用可能であることを確認する必要があります.sk->sk_prot->hashが指す関数はinet_hash(IPv 4)またはtcp_v 6_hash(IPv 6)であり、socketをlisten hashテーブルに追加する役割を果たします.TCPv 4(つまりIPv 4のTCPを使用)およびTCPv 6(すなわちIPv 6を用いたTCP)のhashテーブルは同一である.
Listenシステム呼び出し機能の概要:
1、server端TFO機能を設定する;
2、acceptを初期化するqueue;その中のlisten_opt->syn_tableはyn queueであり、3回の握手完了を待つSYNリクエストの情報を保存するために使用される.rskq_accept_headとrskq_accept_tailは、3回の握手が完了し、acceptシステム呼び出しの接続を待つ情報を保存するために使用される.
3、bindシステム呼び出しでバインドされたアドレスが利用可能かどうかを再確認する.
4、sokcetをlisten hashテーブルに追加し、SYN要求が来たときに接続検索を行う.
以上の機能は、server側に必須の2 client側は不要であるため、server側プロセスはlistenシステム呼び出しを呼び出さなければならず、client側は不要である.