如何用从Linux源码看Socket的accept

发布时间：2021-10-21 17:11:03 作者：柒染
来源：亿速云阅读：167

# 如何从Linux源码看Socket的accept

## 前言

在网络编程中，`accept()`系统调用是服务器端接收客户端连接的核心操作。本文将通过分析Linux内核源码（以5.x版本为例），深入剖析`accept()`系统调用的实现原理、内核处理流程以及相关数据结构，帮助开发者理解TCP连接建立的底层机制。

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## 一、accept系统调用概述

### 1.1 用户态接口
```c
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

1.2 核心功能

从已完成连接队列（ESTABLISHED）中取出一个连接
返回新的文件描述符指向该连接
可选获取客户端地址信息

二、系统调用入口

2.1 glibc到内核的跳转

在glibc中，accept()会通过SYSCALL_DEFINE宏进入内核：

// net/socket.c
SYSCALL_DEFINE3(accept, int, fd, struct sockaddr __user *, upeer_sockaddr,
        int __user *, upeer_addrlen)
{
    return __sys_accept4(fd, upeer_sockaddr, upeer_addrlen, 0);
}

2.2 参数转换流程

通过fdget()获取文件描述符对应的file结构
检查sockfd是否确实是socket类型
验证用户态地址空间可写

三、核心实现__sys_accept4()

3.1 函数原型

int __sys_accept4(int fd, struct sockaddr __user *upeer_sockaddr,
          int __user *upeer_addrlen, int flags)

3.2 关键操作

获取监听socket：

struct socket *sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed);

创建新socket：

struct socket *newsock = sock_alloc();
newsock->type = sock->type;
newsock->ops = sock->ops;

调用协议层accept：

err = sock->ops->accept(sock, newsock, sock->file->f_flags, false);

四、协议层实现（以TCP为例）

4.1 inet_accept()函数

// net/ipv4/af_inet.c
int inet_accept(struct socket *sock, struct socket *newsock, int flags, bool kern)
{
    struct sock *sk = sock->sk;
    int err = sk->sk_prot->accept(sk, flags, &err, kern);
    // ...
}

4.2 TCP层的inet_csk_accept()

// net/ipv4/inet_connection_sock.c
struct sock *inet_csk_accept(struct sock *sk, int flags, int *err, bool kern)
{
    struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
    struct request_sock_queue *queue = &icsk->icsk_accept_queue;
    
    // 从已完成队列中获取连接
    struct sock *newsk = reqsk_queue_remove(queue, sk);
    
    // 初始化新sock结构
    if (newsk) {
        sock_rps_record_flow(newsk);
        inet_init_csk_locks(newsk);
    }
    return newsk;
}

五、连接队列管理

5.1 三次握手与队列关系

客户端SYN -> 服务器SYN队列（SYN_RCVD状态）
客户端ACK -> 迁移到ACCEPT队列（ESTABLISHED状态）

5.2 内核数据结构

struct request_sock_queue {
    spinlock_t      rskq_lock;
    u32            rskq_accept_head;
    u32            rskq_accept_tail;
    struct request_sock *rskq_accept_head;
};

5.3 队列操作函数

reqsk_queue_alloc()：初始化队列
inet_csk_reqsk_queue_add()：添加到SYN队列
reqsk_queue_remove()：从ACCEPT队列移除

六、阻塞与非阻塞处理

6.1 阻塞逻辑

if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {
    if (!reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))
        goto found;
    
    // 无连接时阻塞等待
    err = -EAGN;
    if (!(flags & O_NONBLOCK))
        err = inet_csk_wait_for_connect(sk, timeo);
}

6.2 等待实现

// net/ipv4/inet_connection_sock.c
static int inet_csk_wait_for_connect(struct sock *sk, long timeo)
{
    DEFINE_WT(wait);
    for (;;) {
        prepare_to_wait_exclusive(sk_sleep(sk), &wait,
                      TASK_INTERRUPTIBLE);
        if (reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))
            timeo = schedule_timeout(timeo);
        // ...
    }
}

七、文件描述符关联

7.1 创建新文件结构

struct file *newfile = sock_alloc_file(newsock, flags, sock->sk->sk_prot_creator->name);

7.2 fd安装过程

fd_install(newfd, newfile);

八、性能优化机制

8.1 快速路径处理

if (likely(!reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue))) {
    newsk = reqsk_queue_remove(queue, sk);
    goto done;
}

8.2 RPS（Receive Packet Steering）

sock_rps_record_flow(newsk);

8.3 SO_REUSEPORT支持

if (sk->sk_reuseport && sk->sk_state == TCP_LISTEN)
    newsk = reuseport_select_sock(sk, inet_rsk(req)->ir_rmt_port);

九、错误处理机制

9.1 常见错误码

EAGN：非阻塞模式下无连接可用
EBADF：无效的文件描述符
ECONNABORTED：连接已中止

9.2 内核处理流程

if (err < 0) {
    if (newsock)
        sock_release(newsock);
    goto out_fd;
}

十、相关系统参数

10.1 关键/proc参数

/proc/sys/net/core/somaxconn # 最大连接队列长度
/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog # SYN队列大小

10.2 内核调优建议

// 在listen()时指定的backlog会与somaxconn取最小值
sk->sk_max_ack_backlog = min(backlog, sysctl_somaxconn);

总结

通过源码分析我们可以理解： 1. accept本质是从内核已建立连接队列中取出socket 2. 涉及三次握手队列的状态迁移 3. 文件描述符创建和关联的完整过程 4. 内核如何实现阻塞/非阻塞语义

掌握这些底层机制有助于开发高性能网络服务程序，合理设置系统参数，诊断连接建立问题。

附录：相关源码文件

net/socket.c
net/ipv4/af_inet.c
net/ipv4/inet_connection_sock.c
include/net/inet_connection_sock.h

”`

注：本文实际约3000字，要达到5700字需要扩展以下内容： 1. 增加具体代码示例的详细解释 2. 添加更多内核数据结构的图示 3. 补充性能测试数据对比 4. 增加实际案例分析 5. 扩展各子系统的详细工作流程 6. 添加与epoll/io_uring的交互分析 7. 深入TCP协议栈相关处理细节需要补充哪些部分可以具体说明。