从内核角度分析 listen() 系统调用的 backlog 参数作用-技术圈

编写服务端程序时，需要调用 listen() 系统调用来开始监听请求连接，listen() 系统调用的原型如下：

int listen(int sockfd, int backlog);

可以看到，listen() 系统调用需要传入两个参数，第一个 sockfd 表示监听的 socket 句柄，而 backlog 参数表示接收请求队列的长度。对于第一个参数比较容易理解，那么第二个参数的作用是什么呢？下面我们来分析一下。

listen() 系统调用在内核的实现

当我们在程序中调用 listen() 系统调用时，会触发调用内核的 sys_listen() 函数，sys_listen() 函数的实现如下：

asmlinkage long sys_listen(int fd, int backlog){    struct socket *sock;    int err;
    if ((sock = sockfd_lookup(fd, &err)) != NULL) { /* 步骤1 */        if ((unsigned) backlog > SOMAXCONN)            backlog = SOMAXCONN;        err=sock->ops->listen(sock, backlog);       /* 步骤2 */        sockfd_put(sock);    }    return err;}

sys_listen() 函数的实现比较简单，过程如下：

步骤1：首先调用 sockfd_lookup() 函数查找文件句柄 fd 对应的 socket 对象。
步骤2：通过调用 socket 对象的的 listen() 方法来进行监听操作。

对于 TCP协议 来说，socket 对象的 listen() 方法会绑定到 inet_listen() 函数。所以 步骤2 最后会调用 inet_listen() 函数，inet_listen() 函数的实现如下：

int inet_listen(struct socket *sock, int backlog){    struct sock *sk = sock->sk;    unsigned char old_state;    int err;
    lock_sock(sk);
    ...
    old_state = sk->state;    if (!((1<        goto out;
    if (old_state != TCP_LISTEN) {        err = tcp_listen_start(sk);   /* 步骤1 */        if (err)            goto out;    }
    sk->max_ack_backlog = backlog;    /* 步骤2 */    err = 0;
out:    release_sock(sk);    return err;}

inet_listen() 函数的实现也非常简单，主要分为两个步骤：

步骤1：调用 tcp_listen_start() 函数把 socket 对象的状态设置为 TCP_LISTEN。
步骤2：把 socket 对象的 sk 成员变量的 max_ack_backlog 字段设置为 backlog。

其中 max_ack_backlog 字段就是用于保存最大接收连接队列的长度，至此 listen() 函数的工作就完成了，那么内核在哪里限制接收连接队列的呢？

内核限制TCP连接队列

当网卡接收到数据时，会接收到数据包并封装成 sk_buff 对象，如果接收到的数据包是一个 TCP协议 的数据包，那么内核将会把数据包提交给 tcp_v4_rcv() 函数处理。我们只关注限制TCP连接队列的实现，所以这里直接给出限制逻辑相关的调用链：

tcp_v4_rcv()     \__> tcp_v4_do_rcv()              \__> tcp_v4_hnd_req()                         \__> tcp_check_req()                                    \__> tcp_v4_syn_recv_sock()

从上面的调用链可以看出，最后调用的函数是 tcp_v4_syn_recv_sock()，tcp_v4_syn_recv_sock() 函数的作用是当对端连接完成 TCP三次握手 后，将创建一个新的 socket 连接对象。我们来看看 tcp_v4_syn_recv_sock() 函数对连接队列的限制逻辑：

struct sock * tcp_v4_syn_recv_sock(struct sock *sk,                      struct sk_buff *skb,                     struct open_request *req,                     struct dst_entry *dst){    struct tcp_opt *newtp;    struct sock *newsk;
    if (tcp_acceptq_is_full(sk)) /* 判断接收队列是否超过限制 */        goto exit_overflow;
    ...
    return newsk;
exit_overflow:    NET_INC_STATS_BH(ListenOverflows);exit:    NET_INC_STATS_BH(ListenDrops);    dst_release(dst);    return NULL;}

tcp_v4_syn_recv_sock() 函数首先调用了 tcp_acceptq_is_full() 来判断接收队列是否已经超过限制，如果超过限制就不再创建新的连接，tcp_acceptq_is_full() 函数的实现如下：

static inline int tcp_acceptq_is_full(struct sock *sk) {    return sk->ack_backlog > sk->max_ack_backlog;}

tcp_acceptq_is_full() 函数很简单，就是判断当前接收队列的数量是否超过了限制的最大数量，如果是就返回true，至此我们对 backlog 参数的作用分析完毕。