在内核中tcp协议栈有6种类型的定时器:
1 重传定时器。
2 delayed ack定时器
3 零窗口探测定时器
上面三种定时器都是作为tcp状态机的一部分来实现的。
4 keep-alive 定时器
主要是管理established状态的连接。
5 time_wait定时器
主要是用来客户端关闭时的time_wait状态用到。
6 syn-ack定时器(主要是用在listening socket)
管理新的连接请求时所用到。
而在内核中,tcp协议栈管理定时器主要有下面4个函数:
inet_csk_reset_xmit_timer
这个函数是用来重启定时器
inet_csk_clear_xmit_timer
这个函数用来删除定时器。
上面两个函数都是针对状态机里面的定时器。
tcp_set_keepalive
这个函数是用来管理keepalive 定时器的接口。
tcp_synack_timer
这个函数是用来管理syn_ack定时器的接口。
ok,我们现在先来看定时器的初始化。
首先是在tcp_v4_init_sock中对定时器的初始化,它会调用tcp_init_xmit_timers,我们就先来看这个函数:
可以看到这个函数很简单,就是调用inet_csk_init_xmit_timers,然后把3个定时器的回掉函数传递进去,下面我们来看inet_csk_init_xmit_timers。
void inet_csk_init_xmit_timers(struct sock *sk, void (*retransmit_handler)(unsigned long), void (*delack_handler)(unsigned long), void (*keepalive_handler)(unsigned long)) { struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); ///安装定时器,设置定时器的回掉函数。 setup_timer(&icsk->icsk_retransmit_timer, retransmit_handler, (unsigned long)sk); setup_timer(&icsk->icsk_delack_timer, delack_handler, (unsigned long)sk); setup_timer(&sk->sk_timer, keepalive_handler, (unsigned long)sk); icsk->icsk_pending = icsk->icsk_ack.pending = 0; }
static int tcp_write_xmit(struct sock *sk, unsigned int mss_now, int nonagle, int push_one, gfp_t gfp) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct sk_buff *skb; unsigned int tso_segs, sent_pkts; int cwnd_quota; int result; ............................................. while ((skb = tcp_send_head(sk))) { .................................................. ///可以看到只有当传输成功,我们才会走到下面的函数。 if (unlikely(tcp_transmit_skb(sk, skb, 1, gfp))) break; /* Advance the send_head. This one is sent out. * This call will increment packets_out. */ ///最终在这个函数中启动重传定时器。 tcp_event_new_data_sent(sk, skb); tcp_minshall_update(tp, mss_now, skb); sent_pkts++; if (push_one) break; } ........................... }
static void tcp_event_new_data_sent(struct sock *sk, struct sk_buff *skb) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); unsigned int prior_packets = tp->packets_out; tcp_advance_send_head(sk, skb); tp->snd_nxt = TCP_SKB_CB(skb)->end_seq; /* Don't override Nagle indefinately with F-RTO */ if (tp->frto_counter == 2) tp->frto_counter = 3; ///关键在这里. tp->packets_out += tcp_skb_pcount(skb); if (!prior_packets) inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS, inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX); }
static void tcp_rearm_rto(struct sock *sk) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); ///为0说明所有的传输的段都已经acked。此时remove定时器。否则重启定时器。 if (!tp->packets_out) { inet_csk_clear_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS); } else { inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS, inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX); } }
#define ICSK_TIME_RETRANS 1 /* Retransmit timer */ #define ICSK_TIME_PROBE0 3 /* Zero window probe timer */ static void tcp_write_timer(unsigned long data) { struct sock *sk = (struct sock *)data; struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); int event; ///首先加锁。 bh_lock_sock(sk); ///如果是进程空间则什么也不做。 if (sock_owned_by_user(sk)) { /* Try again later */ sk_reset_timer(sk, &icsk->icsk_retransmit_timer, jiffies + (HZ / 20)); goto out_unlock; } ///如果状态为close或者icsk_pending为空,则什么也不做。 if (sk->sk_state == TCP_CLOSE || !icsk->icsk_pending) goto out; ///如果超时时间已经过了,则重启定时器。 if (time_after(icsk->icsk_timeout, jiffies)) { sk_reset_timer(sk, &icsk->icsk_retransmit_timer, icsk->icsk_timeout); goto out; } ///取出定时器类型。 event = icsk->icsk_pending; icsk->icsk_pending = 0; ///通过判断event来确定进入那个函数进行处理。 switch (event) { case ICSK_TIME_RETRANS: tcp_retransmit_timer(sk); break; case ICSK_TIME_PROBE0: tcp_probe_timer(sk); break; } TCP_CHECK_TIMER(sk); out: sk_mem_reclaim(sk); out_unlock: bh_unlock_sock(sk); sock_put(sk); }
static void tcp_retransmit_timer(struct sock *sk) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); ///如果没有需要确认的段,则什么也不做。 if (!tp->packets_out) goto out; WARN_ON(tcp_write_queue_empty(sk)); /**首先进行一些合法性判断,其中: * snd_wnd为窗口大小。 * sock_flag用来判断sock的状态。 * 最后一个判断是当前的连接状态不能处于syn_sent和syn_recv状态,也就是连接还未建 * 立状态. if (!tp->snd_wnd && !sock_flag(sk, SOCK_DEAD) && !((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV))) { ///tcp_time_stamp也就是jifes,而rcv_tstamp表示最后一个ack接收的时间,也就是最后一次对端确认的时间。因此这两个时间之差不能大于tcp_rto_max,因为tcp_rto_max为我们重传定时器的间隔时间的最大值。 if (tcp_time_stamp - tp->rcv_tstamp > TCP_RTO_MAX) { tcp_write_err(sk); goto out; } ///这个函数用来进入loss状态,也就是进行一些拥塞以及流量的控制。 tcp_enter_loss(sk, 0); ///现在开始重传skb。 tcp_retransmit_skb(sk, tcp_write_queue_head(sk)); __sk_dst_reset(sk); ///然后重启定时器,继续等待ack的到来。 goto out_reset_timer; } ///程序到达这里说明上面的校验失败,因此下面这个函数用来判断我们重传需要的次数。如果超过了重传次数,直接跳转到out。 if (tcp_write_timeout(sk)) goto out; ///到达这里说明我们重传的次数还没到。icsk->icsk_retransmits表示重传的次数。 if (icsk->icsk_retransmits == 0) { ///这里其实也就是收集一些统计信息。 int mib_idx; if (icsk->icsk_ca_state == TCP_CA_Disorder) { if (tcp_is_sack(tp)) mib_idx = LINUX_MIB_TCPSACKFAILURES; else mib_idx = LINUX_MIB_TCPRENOFAILURES; } else if (icsk->icsk_ca_state == TCP_CA_Recovery) { if (tcp_is_sack(tp)) mib_idx = LINUX_MIB_TCPSACKRECOVERYFAIL; else mib_idx = LINUX_MIB_TCPRENORECOVERYFAIL; } else if (icsk->icsk_ca_state == TCP_CA_Loss) { mib_idx = LINUX_MIB_TCPLOSSFAILURES; } else { mib_idx = LINUX_MIB_TCPTIMEOUTS; } NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), mib_idx); } ///是否使用f-rto算法。 if (tcp_use_frto(sk)) { tcp_enter_frto(sk); } else { ///否则处理sack. tcp_enter_loss(sk, 0); } /// 再次尝试重传队列的第一个段。 if (tcp_retransmit_skb(sk, tcp_write_queue_head(sk)) > 0) { ///重传失败。 if (!icsk->icsk_retransmits) icsk->icsk_retransmits = 1; inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS, min(icsk->icsk_rto, TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL), TCP_RTO_MAX); goto out; } ///icsk->icsk_backoff主要用在零窗口定时器。 icsk->icsk_backoff++; ///icsk_retransmits也就是重试次数。 icsk->icsk_retransmits++; out_reset_timer: ///计算rto,并重启定时器,这里使用karn算法,也就是下次超时时间增加一倍/ icsk->icsk_rto = min(icsk->icsk_rto << 1, TCP_RTO_MAX); ///重启定时器,可以看到超时时间就是我们上面的icsk_rto. inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS, icsk->icsk_rto, TCP_RTO_MAX); if (icsk->icsk_retransmits > sysctl_tcp_retries1) __sk_dst_reset(sk); out:; }
static int tcp_write_timeout(struct sock *sk) { struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); ///retry_untry表示我们需要重传的最大次数。 int retry_until; ///判断socket状态。 if ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) { if (icsk->icsk_retransmits) dst_negative_advice(&sk->sk_dst_cache); ///设置重传最大值 retry_until = icsk->icsk_syn_retries ? : sysctl_tcp_syn_retries; } else { ///是否需要检测路由表。 if (icsk->icsk_retransmits >= sysctl_tcp_retries1) { /* Black hole detection */ tcp_mtu_probing(icsk, sk); dst_negative_advice(&sk->sk_dst_cache); } ///设置重传最大次数为sysctl_tcp_retries2 retry_until = sysctl_tcp_retries2; if (sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) { ///表示是一个孤立的socket。 const int alive = (icsk->icsk_rto < TCP_RTO_MAX); ///从tcp_orphan_retries(这个函数中会通过sysctl_tcp_orphan_retries来进行计算)中取得重传最大次数。 retry_until = tcp_orphan_retries(sk, alive); if (tcp_out_of_resources(sk, alive || icsk->icsk_retransmits < retry_until)) return 1; } } ///最终进行判断,如果重传次数已到则返回1,否则为0. if (icsk->icsk_retransmits >= retry_until) { /* Has it gone just too far? */ tcp_write_err(sk); return 1; } return 0; }
void tcp_enter_loss(struct sock *sk, int how) { const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct sk_buff *skb; /* 1 拥塞控制状态小于TCP_CA_Disorder * 2 发送未确认的序列号等于拥塞开始时的下一个将要发送的序列号 * 3 状态为TCP_CA_Loss,并且还未重新传输过。 * 如果有一个满足说明有数据丢失,因此降低threshold。 */ if (icsk->icsk_ca_state <= TCP_CA_Disorder || tp->snd_una == tp->high_seq || (icsk->icsk_ca_state == TCP_CA_Loss && !icsk->icsk_retransmits)) { ///保存老的snd_ssthresh。 tp->prior_ssthresh = tcp_current_ssthresh(sk); ///减小snd_ssthresh tp->snd_ssthresh = icsk->icsk_ca_ops->ssthresh(sk); ///设置拥塞状态。 tcp_ca_event(sk, CA_EVENT_LOSS); } ///设置拥塞窗口大小 tp->snd_cwnd = 1; tp->snd_cwnd_cnt = 0; ///设置时间 tp->snd_cwnd_stamp = tcp_time_stamp; tp->bytes_acked = 0; ///清空所有相关的计数器。 tcp_clear_retrans_partial(tp); if (tcp_is_reno(tp)) tcp_reset_reno_sack(tp); if (!how) { /* Push undo marker, if it was plain RTO and nothing * was retransmitted. */ tp->undo_marker = tp->snd_una; } else { tp->sacked_out = 0; tp->fackets_out = 0; } tcp_clear_all_retrans_hints(tp); ///遍历sock的write队列。 tcp_for_write_queue(skb, sk) { if (skb == tcp_send_head(sk)) break; ///判断sack段。 if (TCP_SKB_CB(skb)->sacked & TCPCB_RETRANS) tp->undo_marker = 0; TCP_SKB_CB(skb)->sacked &= (~TCPCB_TAGBITS)|TCPCB_SACKED_ACKED; ///如果how为1,则说明不管sack段,此时标记所有的段为丢失(sack的意思去看tcp/ip详解). if (!(TCP_SKB_CB(skb)->sacked&TCPCB_SACKED_ACKED) || how) { ///设置sack段。 TCP_SKB_CB(skb)->sacked &= ~TCPCB_SACKED_ACKED; TCP_SKB_CB(skb)->sacked |= TCPCB_LOST; ///update 相关的域。 tp->lost_out += tcp_skb_pcount(skb); tp->retransmit_high = TCP_SKB_CB(skb)->end_seq; } } tcp_verify_left_out(tp); ///设置当前的reordering的长度 tp->reordering = min_t(unsigned int, tp->reordering, sysctl_tcp_reordering); ///设置拥塞状态。 tcp_set_ca_state(sk, TCP_CA_Loss); tp->high_seq = tp->snd_nxt; ///由于我们修改了拥塞窗口,因此设置ecn状态。 TCP_ECN_queue_cwr(tp); /* Abort F-RTO algorithm if one is in progress */ tp->frto_counter = 0; }
static void tcp_ack_probe(struct sock *sk) { const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); ///首先判断是否对端的接收窗口是否已经有空间。 if (!after(TCP_SKB_CB(tcp_send_head(sk))->end_seq, tcp_wnd_end(tp))) { ///如果有空间则删除零窗口探测定时器。 icsk->icsk_backoff = 0; inet_csk_clear_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0); /* Socket must be waked up by subsequent tcp_data_snd_check(). * This function is not for random using! */ } else { ///否则启动定时器。 inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0, min(icsk->icsk_rto << icsk->icsk_backoff, TCP_RTO_MAX), TCP_RTO_MAX); } }
static void tcp_probe_timer(struct sock *sk) { struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); int max_probes; /* 1 tp->packets_out不为0说明,当定时器被安装之后,对端的接收窗口已经被打开。这* 时就不需要传输探测包。 * 2 tcp_send_head用来检测是否有新的段被传输。 * 如果上面有一个满足,则不需要发送探测包,并直接返回。 */ if (tp->packets_out || !tcp_send_head(sk)) { icsk->icsk_probes_out = 0; return; } ///设置最大的重试次数。 max_probes = sysctl_tcp_retries2; ///这里的处理和上面的tcp_write_timeout很类似。 if (sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) { const int alive = ((icsk->icsk_rto << icsk->icsk_backoff) < TCP_RTO_MAX); max_probes = tcp_orphan_retries(sk, alive); if (tcp_out_of_resources(sk, alive || icsk->icsk_probes_out <= max_probes)) return; } ///如果重试次数大于最大的重试次数,则报错。 if (icsk->icsk_probes_out > max_probes) { tcp_write_err(sk); } else { /* Only send another probe if we didn't close things up. */ ///否则发送探测包。这个函数里面会发送探测包,并重启定时器。 tcp_send_probe0(sk); } }
static void __tcp_ack_snd_check(struct sock *sk, int ofo_possible) { struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); /** 1 第一个判断表示多于一个的段在等待ack,并且我们的receive buf有足够的空间, * 这是因为这种情况,表明应用程序读取比较快,而对端的发送速度依赖于ack的到达时间,* 因此我们不希望对端减慢速度。 * 2 这个sock处在quickack 模式 * 3 我们有 out-of-order数据,此时必须马上给对端以确认。 * 当上面的任意一个为真,则立即发送ack。 **/ if (((tp->rcv_nxt - tp->rcv_wup) > inet_csk(sk)->icsk_ack.rcv_mss /* ... and right edge of window advances far enough. * (tcp_recvmsg() will send ACK otherwise). Or... */ && __tcp_select_window(sk) >= tp->rcv_wnd) || /* We ACK each frame or... */ tcp_in_quickack_mode(sk) || /* We have out of order data. */ (ofo_possible && skb_peek(&tp->out_of_order_queue))) { /* Then ack it now */ tcp_send_ack(sk); } else { /* Else, send delayed ack. */ ///在这里启动定时器。 tcp_send_delayed_ack(sk); } }
static inline int tcp_in_quickack_mode(const struct sock *sk) { const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); return icsk->icsk_ack.quick && !icsk->icsk_ack.pingpong; }
static void tcp_delack_timer(unsigned long data) { struct sock *sk = (struct sock *)data; struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk); struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk); bh_lock_sock(sk); ///用户进程正在使用,则等会再尝试。 if (sock_owned_by_user(sk)) { /* Try again later. */ icsk->icsk_ack.blocked = 1; NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_DELAYEDACKLOCKED); sk_reset_timer(sk, &icsk->icsk_delack_timer, jiffies + TCP_DELACK_MIN); goto out_unlock; } sk_mem_reclaim_partial(sk); ///判断sock状态 以及ack的状态。如果是close或者已经处在ICSK_ACK_TIMER,则直接跳出。 if (sk->sk_state == TCP_CLOSE || !(icsk->icsk_ack.pending & ICSK_ACK_TIMER)) goto out; ///如果已经超时,则重启定时器,并退出。 if (time_after(icsk->icsk_ack.timeout, jiffies)) { sk_reset_timer(sk, &icsk->icsk_delack_timer, icsk->icsk_ack.timeout); goto out; } ///清除ack状态。 icsk->icsk_ack.pending &= ~ICSK_ACK_TIMER; ///开始遍历prequeue。此时主要的目的是为了调用tcp_rcv_eastablished.这里会调用tcp_ack_snd_check来发送ack。 if (!skb_queue_empty(&tp->ucopy.prequeue)) { struct sk_buff *skb; NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPSCHEDULERFAILED); ///遍历prequeue队列,发送未发送的ack。 while ((skb = __skb_dequeue(&tp->ucopy.prequeue)) != NULL) sk_backlog_rcv(sk, skb); tp->ucopy.memory = 0; } ///检测是否有ack还需要被发送。也就是处于ICSK_ACK_SCHED状态的ack if (inet_csk_ack_scheduled(sk)) { if (!icsk->icsk_ack.pingpong) { /* Delayed ACK missed: inflate ATO. */ icsk->icsk_ack.ato = min(icsk->icsk_ack.ato << 1, icsk->icsk_rto); } else { ///到这里说明已经长时间没有通信,并且处于交互模式。这个时候我们需要关闭pingpong模式。 icsk->icsk_ack.pingpong = 0; icsk->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN; } ///立即发送ack。 tcp_send_ack(sk); NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_DELAYEDACKS); } TCP_CHECK_TIMER(sk); out: if (tcp_memory_pressure) sk_mem_reclaim(sk); out_unlock: bh_unlock_sock(sk); sock_put(sk); }