kk Blog —— 通用基础

date [-d @int|str] [+%s|"+%F %T"]

内核tcp的定时器管理

在内核中tcp协议栈有6种类型的定时器:
1
2
3
4
5
6
7
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:
1
2
3
4
5
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。
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:

1
2
3
4
void tcp_init_xmit_timers(struct sock *sk)
{
	inet_csk_init_xmit_timers(sk, &tcp_write_timer, &tcp_delack_timer, &tcp_keepalive_timer);
}

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。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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;
}

我 们可以看到icsk->icsk_retransmit_timer定时器,也就是重传定时器的回调函数是tcp_write_timer,而 icsk->icsk_delack_timer定时器也就是delayed-ack 定时器的回调函数是tcp_delack_timer,最后sk->sk_timer也就是keepalive定时器的回掉函数是 tcp_keepalive_timer.
这里还有一个要注意的,tcp_write_timer还会处理0窗口定时器。
这里有关内核定时器的一些基础的东西我就不介绍了,想了解的可以去看下ldd第三版。
接下来我们就来一个个的分析这6个定时器,首先是重传定时器。
我们知道4层最终调用tcp_xmit_write来讲数据发送到3层,并且tcp是字节流的,因此每次他总是发送一段数据到3层,而每次当它发送完毕(返回正确),则它就会启动重传定时器,我们来看代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
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;
	}
...........................
}

现在我们来看tcp_event_new_data_sent,如何启动定时器的.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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);
}

可以看到只有当prior_packets为0时才会重启定时器,而prior_packets则是发送未确认的段的个数,也就是说如果发送了很多段,如果前面的段没有确认,那么后面发送的时候不会重启这个定时器.
我们要知道,定时器的间隔是通过rtt来得到的,具体的算法,可以看下tcp/ip详解。
当 启动了重传定时器,我们就会等待ack的到来,如果超时还没到来,那么就调用重传定时器的回调函数,否则最终会调用tcp_rearm_rto来删除或者 重启定时器,这个函数是在tcp_ack()->tcp_clean_rtx_queue()中被调用的。tcp_ack是专门用来处理ack。
这个函数很简单,就是通过判断packets_out,这个值表示当前还未确认的段的个数。然后来进行相关操作。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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);
	}
}

接下来来看tcp_write_timer的实现。这个函数主要是通过icsk->icsk_pending来判断是那个定时器导致超时,这里只有两 种,一种是ICSK_TIME_RETRANS,也就是重传定时器,另一种是ICSK_TIME_PROBE0也就是0窗口定时器。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
#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);
}

我们这里只看重传定时器,0窗口定时器后面紧接着会介绍。
tcp_retransmit_timer,这个函数用来处理数据段的重传。
这里要注意,重传的时候为了防止确认二义性,使用karn算法,也就是定时器退避策略。下面的代码最后部分会修改定时器的值,这里是增加一倍。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
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:;
}

下面我们来看tcp_write_timeout,它用来判断重传次数是否已经到了。这里主要分为两个分支,一个是状态为syn_sent或者syn_recv状态,一个是另外的状态。而这里系统设置的重传次数一共有4种。
1 sysctl_tcp_syn_retries,它表示syn分节的重传次数。
2 sysctl_tcp_retries1 它表示的是最大的重试次数,当超过了这个值,我们就需要检测路由表了。
3 sysctl_tcp_retries2 这个值也是表示重试最大次数,只不过这个值一般要比上面的值大。和上面那个不同的是,当重试次数超过这个值,我们就必须放弃重试了。
4 sysctl_tcp_orphan_retries 主要是针对孤立的socket(也就是已经从进程上下文中删除了,可是还有一些清理工作没有完成).对于这种socket,我们重试的最大的次数就是它。
下面来看代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
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;
}

下面来介绍下tcp_enter_loss,这个函数主要用来标记丢失的段(也就是没有acked的段),然后通过执行slow start来降低传输速率.
有关slow start以及Congestion avoidance算法描述可以看rfc2001:
http://www.faqs.org/rfcs/rfc2001.html

下面4个算法主要是用来对拥塞进行控制的,这四个算法其实都是彼此相连的。slow start和Congestion avoidance使用了相同的机制,他们都涉及到了拥塞窗口的定义。其中拥塞窗口限制着传输的长度,它的大小根据拥塞程度上升或者下降。

1
2
3
4
Slow start
Congestion avoidance
Fast re-transmit
Fast recovery

然后下面主要是介绍了slow start和Congestion avoidance的一些实现细节。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
CWND - Sender side limit
RWND - Receiver side limit
Slow start threshold ( SSTHRESH ) - Used to determine whether slow start is used or congestion avoidance
When starting, probe slowly - IW <= 2 * SMSS
Initial size of SSTHRESH can be arbitrarily high, as high as the RWND
Use slow start when SSTHRESH > CWND. Else, use Congestion avoidance
Slow start - CWND is increased by an amount less than or equal to the SMSS for every ACK
Congestion avoidance - CWND += SMSS*SMSS/CWND
When loss is detected - SSTHRESH = max( FlightSize/2, 2*SMSS )

这里要注意在slow start中,窗口的大小是指数级的增长的。并且当cwnd(拥塞窗口)小于等于ssthresh,就是slow start模式,否则就执行Congestion avoidance。

现在我们来看tcp_enter_loss的实现。

首先来介绍下下面要用到的几个关键域的含义。
1 icsk->icsk_ca_state 这个域表示拥塞控制的状态。
2 tp->snd_una 这个域表示tcp滑动窗口中的发送未确认的第一个字节的序列号。
3 tp->prior_ssthresh 这个域表示前一个snd_ssthresh得大小,也就是说每次改变snd_ssthresh前都要保存老的snd_ssthresh到这个域。
4 tp->snd_ssthresh slow start开始时的threshold大小
5 tp->snd_cwnd_cnt 这个域表示拥塞窗口的大小。
6 TCP_SKB_CB(skb)->sacked tcp数据中的sack标记。
7 tp->high_seq 拥塞开始时,snd_nxt的大小。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
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;
}

接 下来来看零窗口探测定时器。至于为什么会出现零窗口,这里就不阐述了,详细的可以去看tcp/ip详解。我们知道当0窗口之后,客户机会等待服务器端的窗 口打开报文,可是由于ip是不可靠的,有可能这个报文会丢失,因此就需要客户机发送一个探测段,用来提醒服务器及时汇报当前的窗口大小。这里我们知道当对 端接收窗口关闭后,我们这边的发送窗口也会关闭,此时不能发送任何一般的数据,除了探测段。
在内核中是通过tcp_ack_probe来控制零窗口的定时器的。也就是说接收到对端的窗口报告数据后,会进入这个函数。我们来看实现:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
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);
	}
}

我们知道零窗口定时器和重传的定时器是一个定时器,只不过在回调函数中,进行event判断,从而进入不同的处理。而它调用的是tcp_probe_timer函数。
这个函数主要就是用来发送探测包,我们来看它的实现:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
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);
	}
}

然 后来看delay ack定时器。所谓的delay ack也就是ack不会马上发送,而是等待一段时间和数据一起发送,这样就减少了一个数据包的发送。这里一般是将ack包含在tcp option中发送的。这里的定时器就是用来控制这段时间,如果定时器到期,都没有数据要发送给对端,此时单独发送这个ack。如果在定时器时间内,有数 据要发送,此时这个ack和数据一起发送给对端。
前面我们知道delay ack定时器的回调函数是tcp_delack_timer。在分析这个函数之前,我们先来看下这个定时器是什么时候被启动的。
首先我们知道内核接收数据都是在tcp_rcv_eastablished实现的,当我们接收完数据后,此时进入是否进行delay ack.
在tcp_rcv_eastablished最终会调用__tcp_ack_snd_check进行判断。
可以看到这个函数很简单,就是判断是否需要发送delay ack,如果是则tcp_send_delayed_ack,否则直接发送ack恢复给对端。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
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);
	}
}

上面还有一个tcp_in_quickack_mode,这个函数我们说了,它是用来判断是否处在quickack 模式。
来看这个函数:

1
2
3
4
5
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;
}

其中icsk->icsk_ack.pingpong域被设置的情况只有当tcp连接是交互式的,比如telnet等等。icsk->icsk_ack.quick表示能够 quickack的数量。 然后我们来看tcp_delack_timer的实现。
在看之前,我们要知道icsk->icsk_ack.pending表示的是当前的ack的状态。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
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);
}