getsockopt的TCP层实现剖析

http://blog.youkuaiyun.com/zhangskd/article/details/8561950

应用层

 

NAME

    getsockopt - get options on sockets

SYNOPSIS

    #include <sys/types.h>

    #include <sys/socket.h>

    int getsockopt (int s, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

 

调用关系

 

 函数的调用关系图如下：

 

数据结构

 

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1. struct tcp_sock {  
2.     ...  
3.     u32 mss_cache; /* Cached effective mss, not including SACKS */  
4.     u8 nonagle : 4, /* Disable Nagle algorithm? */  
5.           thin_lto : 1, /* Use linear timeouts for thin streams */  
6.           thin_dupack : 1, /* Fast retransmit on first dupack */  
7.           unused : 2;  
8.     unsigned int keepalive_time; /* time before keep alive takes place */  
9.     unsigned int keepalive_intvl; /* time interval between keep alive probes */  
10.     u8 keepalive_probes; /* num of allowed keep alive probes */  
11.     int linger2;  
12.     u8 ecn_flags; /* ECN status bits. */  
13.     u32 rcv_tstamp; /* timestamp of last received ACK (for keepalives) */  
14.     u32 lsndtime; /* timestamp of last sent data packet (for restart window) */  
15.   
16.     u32 window_clamp; /* Maximal window to advertise，本端通告窗口最大值 */  
17.     u32 rcv_ssthresh; /* Current window clamp */  
18.    
19.     u16 advmss; /* Advertised MSS，本端的通告MSS */  
20.     u32 total_retrans; /* Total retransmits for entire connection */  
21.     ...  
22. }  

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1. struct tcp_options_received {  
2.     ...  
3.     u16 saw_tstamp : 1, /* Saw TIMESTAMP on last packet */  
4.              tstamp_ok : 1, /* TIMESTAMP seen on SYN packet */  
5.              dsack : 1, /* D-SACK is scheduled */  
6.              wscale_ok : 1, /* Wscale seen on SYN packet */  
7.              sack_ok : 4, /* SACK seen on SYN packet */  
8.              snd_wscale : 4, /* Window scaling received from sender */  
9.              rcv_wscale : 4, /* Window scaling to send to receiver */  
10.     ...  
11. }  

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1. /* for TCP_INFO socket option */  
2. #define TCPI_OPT_TIMESTAMPS 1  
3. #define TCPI_OPT_SACK 2  
4. #define TCPI_OPT_WSCALE 4  
5. #define TCPI_OPT_ECN 8  
6.   
7. struct tcp_info {  
8.     __u8 tcpi_state; /* TCP状态 */  
9.     __u8 tcpi_ca_state; /* TCP拥塞状态 */  
10.     __u8 tcpi_retransmits; /* 超时重传的次数 */  
11.     __u8 tcpi_probes; /* 持续定时器或保活定时器发送且未确认的段数*/  
12.     __u8 tcpi_backoff; /* 退避指数 */  
13.     __u8 tcpi_options; /* 时间戳选项、SACK选项、窗口扩大选项、ECN选项是否启用*/  
14.     __u8 tcpi_snd_wscale : 4, tcpi_rcv_wscale : 4; /* 发送、接收的窗口扩大因子*/  
15.   
16.     __u32 tcpi_rto; /* 超时时间，单位为微秒*/  
17.     __u32 tcpi_ato; /* 延时确认的估值，单位为微秒*/  
18.     __u32 tcpi_snd_mss; /* 本端的MSS */  
19.     __u32 tcpi_rcv_mss; /* 对端的MSS */  
20.   
21.     __u32 tcpi_unacked; /* 未确认的数据段数，或者current listen backlog */  
22.     __u32 tcpi_sacked; /* SACKed的数据段数，或者listen backlog set in listen() */  
23.     __u32 tcpi_lost; /* 丢失且未恢复的数据段数 */  
24.     __u32 tcpi_retrans; /* 重传且未确认的数据段数 */  
25.     __u32 tcpi_fackets; /* FACKed的数据段数 */  
26.   
27.     /* Times. 单位为毫秒 */  
28.     __u32 tcpi_last_data_sent; /* 最近一次发送数据包在多久之前 */  
29.     __u32 tcpi_last_ack_sent;  /* 不能用。Not remembered, sorry. */  
30.     __u32 tcpi_last_data_recv; /* 最近一次接收数据包在多久之前 */  
31.     __u32 tcpi_last_ack_recv; /* 最近一次接收ACK包在多久之前 */  
32.   
33.     /* Metrics. */  
34.     __u32 tcpi_pmtu; /* 最后一次更新的路径MTU */  
35.     __u32 tcpi_rcv_ssthresh; /* current window clamp，rcv_wnd的阈值 */  
36.     __u32 tcpi_rtt; /* 平滑的RTT，单位为微秒 */  
37.     __u32 tcpi_rttvar; /* 四分之一mdev，单位为微秒v */  
38.     __u32 tcpi_snd_ssthresh; /* 慢启动阈值 */  
39.     __u32 tcpi_snd_cwnd; /* 拥塞窗口 */  
40.     __u32 tcpi_advmss; /* 本端能接受的MSS上限，在建立连接时用来通告对端 */  
41.     __u32 tcpi_reordering; /* 没有丢包时，可以重新排序的数据段数 */  
42.   
43.     __u32 tcpi_rcv_rtt; /* 作为接收端，测出的RTT值，单位为微秒*/  
44.     __u32 tcpi_rcv_space;  /* 当前接收缓存的大小 */  
45.   
46.     __u32 tcpi_total_retrans; /* 本连接的总重传个数 */  
47. };  

 

函数实现

 

内核版本：2.6.37

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1. int tcp_getsockopt (struct sock *sk, int level, int optname, char __user *optval, int __user *optlen)  
2. {  
3.     struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);  
4.   
5.     if (level != SOL_TCP)  
6.         return icsk->icsk_af_ops->getsockopt(sk, level, optname, optval, optlen);  
7.   
8.     return do_tcp_getsockopt(sk, level, optname, optval, optlen);  
9. }  

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1. static int do_tcp_getsockopt (struct sock *sk, int level, int optname, char __user *optval, int __user *optlen)  
2. {  
3.     struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);  
4.     struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);  
5.     int val, len;  
6.   
7.     if (get_user(len, optlen))  
8.         return -EFAULT;  
9.   
10.     len = min_t(unsigned int, len, sizeof(int));   
11.     if (len < 0)   
12.         return -EINVAL;  
13.    
14.     switch (optname) {  
15.         case TCP_MAXSEG:  
16.             val = tp->mss_cache; /* 默认为1460 */  
17.             if (!val && ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_CLOSE) | TCPF_LISTEN))  
18.                 val = tp->rx_opt.user_mss; /* mss requested by user in ioctl */  
19.             break;  
20.   
21.         case TCP_NODELAY:  
22.             val = !! (tp->nonagle & TCP_NAGLE_OFF); /* Nagle默认使用，故默认值为0 */  
23.             break;  
24.   
25.         case TCP_CORK:  
26.             val = !! (tp->nonagle & TCP_NAGLE_CORK); /* 默认值为0 */  
27.             break;  
28.   
29.         case TCP_KEEPIDLE:  
30.             val = keepalive_time_when(tp) / HZ; /* 默认为7200s */  
31.             break;  
32.   
33.         case TCP_KEEPINTVL:  
34.             val = keepalive_intvl_when(tp) / HZ; /* 默认为75s */  
35.             break;  
36.   
37.         case TCP_KEEPCNT:  
38.             val = keepalive_probes(tp); /* 默认为9 */  
39.             break;  
40.   
41.         case TCP_SYNCNT:  
42.             val = icsk->icsk_syn_retries ? : sysctl_tcp_syn_retries; /* 默认为5 */  
43.             break;  
44.   
45.         case TCP_LINGER2:  
46.             val = tp->linger2;  
47.             if (val >= 0)  
48.                 val = (val ? : sysctl_tcp_fin_timeout) / HZ; /* 默认为60s */  
49.   
50.         case TCP_DEFER_ACCEPT:  
51.             ...  
52.   
53.         case TCP_WINDOW_CLAMP:  
54.             val = tp->window_clamp;  
55.             break;  
56.   
57.         case TCP_INFO: {  
58.             struct tcp_info info;  
59.   
60.             if (get_user(len, optlen))  
61.                 return -EFAULT;  
62.    
63.             tcp_get_info(sk, &info); /* 获取TCP连接的详细信息！*/  
64.    
65.             len = min_t(unsigned int, len, sizeof(info));  
66.   
67.             if (put_user(len, optlen))  
68.                 return -EFAULT;  
69.   
70.             if (copy_to_user(optval, &info, len))  
71.                  return -EFAULT;  
72.   
73.             return 0;  
74.         }  
75.   
76.         case TCP_QUICKACK:  
77.             val = ! icsk->icsk_ack.pingpong; /* 快速确认模式 */  
78.             break;  
79.   
80.         case TCP_CONGESTION:  
81.             if (get_user(len, optlen))  
82.                 return -EFAULT;  
83.   
84.             len = min_t(unsigned int, len, TCP_CA_NAME_MAX); /* 16 Bytes */  
85.   
86.             if (put_user(len, optlen)  
87.                 return -EFAULT;  
88.   
89.             if (copy_to_user(optval, icsk->icsk_ca_ops->name, len)) /* 默认为cubic */  
90.                 return -EFAULT;  
91.   
92.             return 0;  
93.   
94.         case TCP_COOKIE_TRANSACTIONS :  
95.             ...  
96.   
97.         case TCP_THIN_LINEAR_TIMEOUTS:  
98.             val = tp->thin_lto; /* 默认为0 */  
99.             break;  
100.   
101.         case TCP_THIN_DUPACK:  
102.             val = tp->thin_dupack; /* 默认为0 */  
103.             break;  
104.   
105.         case TCP_USER_TIMEOUT:  
106.             val = jiffies_to_msecs(icsk->icsk_user_timeout);  
107.             break;  
108.   
109.         default:  
110.             return -ENOPROTOOPT;  
111.     }  
112.   
113.     if (put_user(len, optlen))  
114.         return -EFAULT;  
115.   
116.     if (copy_to_user(optval, &val, len))  
117.         return -EFAULT;  
118.   
119.     return 0;  
120. }  

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1. static inline int keepalive_time_when(const struct tcp_sock *tp)  
2. {  
3.     return tp->keepalive_time ? : sysctl_tcp_keepalive_time;   
4. }  
5.   
6. static inline int keepalive_intvl_when(const struct tcp_sock *tp)  
7. {  
8.     return tp->keepalive_intvl ? : sysctl_tcp_keepalive_intvl;  
9. }  
10.   
11. static inline int keepalive_probes(const struct tcp_sock *tp)  
12. {  
13.     return tp->keepalive_probes ? : sysctl_tcp_keepalive_probes;  
14. }  

 

TCP_INFO

  

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1. /* Return information about state of tcp endpoint in API format. */  
2.   
3. void tcp_get_info(struct sock *sk, struct tcp_info *info)  
4. {  
5.     struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);  
6.     const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);  
7.     u32 now = tcp_time_stamp;  
8.    
9.     memset(info, 0, sizeof(*info));  
10.       
11.     info->tcpi_state = sk->sk_state; /* TCP状态 */  
12.     info->tcpi_ca_state = icsk_ca_state; /* TCP拥塞状态 */  
13.     info->tcpi_retransmits = icsk->icsk_retransmits; /* Number of unrecovered [RTO] timeouts */  
14.     info->tcpi_probes = icsk->icsk_probes_out; /* unanswered 0 window probes */  
15.     info->tcpi_backoff = icsk->icsk_backoff; /* 退避指数 */  
16.   
17.     if (tp->rx_opt.tstamp_ok) /* TIMESTAMP seen on SYN packet */  
18.         info->tcpi_options |= TCPI_OPT_TIMESTAMPS; /* 时间戳选项使用与否 */  
19.     if (tcp_is_sack(tp))  
20.         info->tcpi_options |= TCPI_OPT_SACK; /* SACK选项使用与否 */  
21.     if (tp->rx_opt.wscale_ok) { /* Wscale seen on SYN packet */  
22.         info->tcpi_options |= TCPI_OPT_WSCALE; /* 窗口扩大选项使用与否 */  
23.         info->tcpi_snd_wscale = tp->rx_opt.snd_wscale; /* 发送窗口扩大因子 */  
24.         info->tcpi_rcv_wscale = tp->rx_opt.rcv_wscale; /* 接收窗口扩大因子 */  
25.     }  
26.   
27.     if (tp->ecn_flags & TCP_ECN_OK)  
28.         info->tcpi_options |= TCPI_OPT_ECN; /* ECN选项使用与否 */  
29.   
30.     info->tcpi_rto = jiffies_to_usecs(icsk->icsk_rto); /* RTO，单位微秒 */  
31.     info->tcpi_ato = jiffies_to_usecs(icsk->icsk_ack.ato); /* Predicted tick of soft clock */  
32.     info->tcpi_snd_mss = tp->mss_cache; /* 本端MSS */  
33.     info->tcpi_rcv_mss = icsk->icsk_ack.rcv_mss; /* 对端MSS */  
34.   
35.     if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {  
36.         info->tcpi_unacked = sk->sk_ack_backlog; /* current listen backlog */  
37.         info->tcpi_sacked = sk->sk_max_ack_backlog; /* listen backlog set in listen() */  
38.   
39.     } else {  
40.         info->tcpi_unacked = tp->packets_out; /* 未确认的数据包数 */  
41.         info->tcpi_sacked = tp->sacked_out; /* SACKed的数据包数 */  
42.     }  
43.   
44.     info->tcpi_lost = tp->lost_out; /* 丢失的数据包数 */  
45.     info->tcpi_retrans = tp->retrans_out; /* 重传的数据包数 */  
46.     info->tcpi_fackets = tp->fackets_out; /* FACKed的数据包数 */  
47.    
48.     info->tcpi_last_data_sent = jiffies_to_msecs(now - tp->lsndtime); /* 最近一次发数据包的时间间隔 */  
49.     info->tcpi_last_data_recv = jiffies_to_msecs(now - icsk->icsk_ack.lrcvtime); /* 最近一次收数据包的时间间隔 */  
50.     info->tcpi_last_ack_recv = jiffies_to_msecs(now - tp->rcv_tstamp); /* 最近一次收ACK包的时间间隔 */  
51.    
52.     info->tcpi_pmtu = icsk->icsk_pmtu_cookie; /* Last pmtu seen by socket */  
53.     info->tcpi_rcv_ssthresh = tp->rcv_ssthresh; /* current window clamp*/  
54.     info->tcpi_rtt = jiffies_to_usecs(tp->srtt) >> 3; /* 平滑的RTT */  
55.     info->tcpi_rttvar = jiffies_to_usecs(tp->mdev) >> 2; /* 四分之一mdev */  
56.   
57.     info->tcpi_snd_ssthresh = tp->snd_ssthresh;  
58.     info->tcpi_snd_cwnd = tp->snd_cwnd;  
59.     info->tcpi_advmss = tp->advmss; /* 本端能接受的MSS上限，在建立连接时用来通告对端 */  
60.     info->tcpi_reordering = tp->reordering; /* 没有丢包时，可以重新排序的数据段数 */  
61.    
62.     info->tcpi_rcv_rtt = jiffies_to_usecs(tp->rcv_rtt_est.rtt) >> 3; /* 作为接收端，测出的RTT值 */  
63.     info->tcpi_rcv_space = tp->rcvq_space.space; /* 接收缓存的大小 */  
64.   
65.     info->tcpi_total_retrans = tp->total_retrans; /* 本连接的总重传个数 */