Socket层实现系列 — accept()的实现(二)
本文主要分析accept()的阻塞等待和唤醒。
内核版本:3.6
Author:zhangskd @ csdn blog
等待队列
(1)socket的等待队列
- /*
- * @sk_wq: sock wait queue head and async head
- */
- struct sock {
- ...
- struct socket_wq __rcu *sk_wq; /* 套接字的等待队列 */
- ...
- };
- struct socket_wq {
- /* Note: wait MUST be first field of socket_wq */
- wait_queue_head_t wait; /* 等待队列 */
- struct fasync_struct *fasync_list; /* 异步文件操作 */
- struct rcu_head rcu; /* 更新时的回调函数 */
- } __cacheline_aligned_in_smp;
- struct __wait_queue_head {
- spinlock_t lock;
- struct list_head task_list;
- };
- typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t; /* 等待队列头 */
(2)进程的等待任务
- struct __wait_queue {
- unsigned int flags;
- #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01
- void *private; /* 指向当前的进程控制块 */
- wait_queue_func_t func; /* 唤醒函数 */
- struct list_head task_list; /* 用于链接入等待队列 */
- };
- typedef struct __wait_queue wait_queue_t;
- typedef int (*wait_queue_func_t) (wait_queue_t *wait, unsigned mode, int flags, void *key);
- int default_wake_function(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int flags, void *key);
初始化等待任务。
- #define DEFINE_WAIT(name) DEFINE_WAIT_FUNC(name, autoremove_wake_function)
- #define DEFINE_WAIT_FUNC(name, function) \
- wait_queue_t name = { \
- .private = current, \
- .func = function, \
- .task_list = LIST_HEAD_INIT((name).task_list), \
- }
- int autoremove_wake_function(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key)
- {
- int ret = default_wake_function(wait, mode, sync, key); /* 默认的唤醒函数 */
- if (ret)
- list_del_init(&wait->task_list); /* 从等待队列中删除,初始化此等待任务 */
- return ret;
- }
获取sock的等待队列。
- static inline wait_queue_head_t *sk_sleep(struct sock *sk)
- {
- BUILD_BUG_ON(offsetof(struct socket_wq, wait) != 0);
- return &rcu_dereference_raw(sk->sk_wq)->wait;
- }
把等待任务加入到等待队列中,设置当前进程的状态。
- void prepare_to_wait_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state)
- {
- unsigned long flags;
- /* 这个标志表示一次只唤醒一个等待任务,避免惊群现象 */
- wait->flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
- spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
- if (list_empty(&wait->task_list))
- __add_wait_queue_tail(q, wait); /* 把此等待任务加入到等待队列中 */
- set_current_state(state); /* 设置当前进程的状态 */
- spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
- }
- static inline void __add_wait_queue_tail(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new)
- {
- list_add_tail(&new->task_list, &head->task_list);
- }
- #define set_current_state(state_value) \
- set_mb(current->state, (state_value))
(3)accept()的阻塞等待
accept()超时时间为sk->sk_rcvtimeo,在sock_init_data()中初始化为MAX_SCHEDULE_TIMEOUT,表示无限等待。
- /* Wait for an incoming connection, avoid race conditions.
- * This must be called with the socket locked.
- */
- static int inet_csk_wait_for_connect(struct sock *sk, long timeo)
- {
- struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
- DEFINE_WAIT(wait); /* 初始化等待任务 */
- int err;
- for (; ;) {
- /* 把等待任务加入到socket的等待队列中,把进程状态设置为TASK_INTERRUPTIBLE */
- prepare_to_wait_exclusive(sk_sleep(sk), &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
- release_sock(sk); /* 等下可能要睡觉了,先释放 */
- if (reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue)) /* 如果全连接队列为空 */
- timeo = schedule_timeout(timeo); /* 进入睡眠,直到超时或收到信号 */
- lock_sock(sk); /* 醒来后重新上锁 */
- err = 0;
- if (! reqsk_queue_empty(&icsk->icsk_accept_queue)) /* 全连接队列不为空时,退出 */
- break;
- err = -EINVAL;
- if (sk->sk_state != TCP_LISTEN) /* 如果sock不处于监听状态了,退出 */
- break;
- err = sock_intr_errno(timeo);
- /* 如果进程有待处理的信号,退出。
- * 因为timeo默认为MAX_SCHEDULE_TIMEOUT,所以err默认为-ERESTARTSYS。
- * 接下来会重新调用此函数,所以accept()依然阻塞。
- */
- if (signal_pending(current))
- break;
- err = -EAGAIN;
- if (! timeo) /* 如果等待超时,即超过用户设置的sk->sk_rcvtimeo,退出 */
- break;
- }
- finish_wait(sk_sleep(sk), &wait);
- return err;
- }
- /**
- * schedule_timeout - sleep until timeout
- * @timeout: timeout value in jiffies
- *
- * Make the current task sleep until @timeout jiffies have elapsed. The routine
- * will return immediately unless the current task state has been set (see set_current_state()).
- *
- * You can set the task state as follows -
- * %TASK_UNINTERRUPTIBLE - at least @timeout jiffies are guaranteed to pass before
- * the routine returns. The routine will return 0.
- *
- * %TASK_INTERRUPTIBLE - the routine may return early if a signal is delivered to the
- * current task. In this case the remaining time in jiffies will be returned, or 0 if the timer
- * expired in time.
- *
- * The current task state is guaranteed to be TASK_RUNNING when this routine returns.
- *
- * Specifying a @timeout value of %MAX_SCHEDULE_TIMEOUT will schedule the CPU
- * away without a bound on the timeout. In this case the return value will be
- * %MAX_SCHEDULE_TIMEOUT.
- *
- * In all cases the return value is guaranteed to be non-negative.
- */
- signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout) {}
因为sk->sk_rcvtimeo默认值为MAX_SCHEDULE_TIMEOUT,所以返回-ERESTARTSYS,即告诉系统
重新执行accept()的系统调用。
- static inline int sock_intr_errno(long timeo)
- {
- return timeo == MAX_SCHEDULE_TIMEOUT? -ERESTARTSYS : -EINTR; /* Interrupted system call */
- }
从等待队列中删除等待任务,把当前进程的状态置为可运行。
- /**
- * finish_wait - clean up after waiting in a queue
- * @q: waitqueue waited on,等待队列头
- * @wait: wait descriptor,等待任务
- *
- * Sets current thread back to running state and removes the wait
- * descriptor from the given waitqueue if still queued.
- */
- void finish_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)
- {
- unsigned long flags;
- __set_current_state(TASK_RUNNING);
- if (! list_empty_careful(&wait->task_list)) {
- spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
- list_del_init(&wait->task_list); /* 从等待队列中删除,初始化此等待任务 */
- spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
- }
- }
(4)accept()的唤醒
当收到客户端的ACK后,经过如下调用:
tcp_v4_rcv
tcp_v4_do_rcv
tcp_child_process
sock_def_readable
wake_up_interruptible_sync_poll
__wake_up_sync_key
__wake_up_common
最终调用我们给等待任务注册的唤醒函数。
我们来看下accept()是如何避免惊群现象的。
- static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive,
- int wake_flags, void *key)
- {
- wait_queue_t *curr, *next;
- list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) {
- unsigned flags = curr->flags;
- if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE)
- !--nr_exclusive)
- break;
- }
- }
初始化等待任务时,flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE。传入的nr_exclusive为1,表示只允许唤醒一个等待任务。
所以这里只会唤醒一个等待的进程,不会导致惊群现象。
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