【Linux 内核网络协议栈源码剖析】listen 函数剖析

listen 函数仅供服务器端调用，把一个未连接的套接字转换为一个被动套接字，指示内核应接受指向该套接字的连接请求。

1、应用层——listen 函数

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
/*sockfd是bind之后的套接口描述字，第二个参数规定了内核应该为相应套接口排队的最大连接个数*/

2、BSD Socket 层——sock_listen 函数

/*
 *	Perform a listen. Basically, we allow the protocol to do anything
 *	necessary for a listen, and if that works, we mark the socket as
 *	ready for listening.
 */
	//服务器端监听客户端的连接请求
//fd表示bind后的套接字文件描述符，backlog表示排队的最大连接个数
//listen函数把一个未连接的套接字转换为一个被动套接字，
//指示内核应接受该套接字的连接请求
static int sock_listen(int fd, int backlog)
{
	struct socket *sock;

	if (fd < 0 || fd >= NR_OPEN || current->files->fd[fd] == NULL)
		return(-EBADF);
	//给定文件描述符返回socket结构以及file结构指针，这里file参数为NULL，则表明对这个不感兴趣
	if (!(sock = sockfd_lookup(fd, NULL))) 
		return(-ENOTSOCK);
    //前提是没有建立连接，该套接字已经是连接状态了，自然不需要
	if (sock->state != SS_UNCONNECTED) 
	{
		return(-EINVAL);
	}
	//调用底层实现函数(inet_listen)
	if (sock->ops && sock->ops->listen)
		sock->ops->listen(sock, backlog);
	sock->flags |= SO_ACCEPTCON;//设置标识字段，表示正在监听
	return(0);
}

3、INET Socket 层——inet_listen 函数

/*
 *	Move a socket into listening state.
 */
 //sock_listen的下层调用函数
 //这个函数主要是对sock结构中state字段的设置。listen函数到这层完成处理
static int inet_listen(struct socket *sock, int backlog)
{
	//获取sock数据结构
	struct sock *sk = (struct sock *) sock->data;
    //如果sock的端口号为0(未绑定任何端口号)，则自动绑定一个本地端口号(新的未使用的最小的端口号)
    //如果事先已经绑定了一个端口号，那么这个代码将不会执行
	if(inet_autobind(sk)!=0)
		return -EAGAIN;

	/* We might as well re use these. */ 
	/*
	 * note that the backlog is "unsigned char", so truncate it
	 * somewhere. We might as well truncate it to what everybody
	 * else does..
	 */
	 //等待的最大数.内核限制最大连接数是5
	if ((unsigned) backlog > 5)
		backlog = 5;
	sk->max_ack_backlog = backlog;//缓存的最大未应答数据包个数
	if (sk->state != TCP_LISTEN)//如果不是listen状态，则置位listen状态
	{
		sk->ack_backlog = 0;//缓存的未应答数据包个数清0
		sk->state = TCP_LISTEN;
	}
	return(0);
}

可以看出 inet_listen 函数主要就是设置 sock 的状态为TCP_LISTEN。tcp的三次握手以及四次挥手就是基于这样的一些状态。

函数内部有调用 inet_autobind 函数，该函数是为没有绑定端口的sock结构自动绑定一个端口号（系统可用的最小端口号）

/*
 *	Automatically bind an unbound socket.
 */
 //自动绑定一个本地端口号，一般用于客户端，实际应用层编程时，对于客户端我们并没有
 //特别去绑定某个端口号，而是由系统自动绑定
static int inet_autobind(struct sock *sk)
{
	/* We may need to bind the socket. */
	if (sk->num == 0) 
	{
	//获取一个新的未使用的端口号
		sk->num = get_new_socknum(sk->prot, 0);
		if (sk->num == 0) 
			return(-EAGAIN);
		put_sock(sk->num, sk);//加入到sock_array哈希表中
		//将一个无符号短整型数从网络字节顺序转换为主机字节顺序。大小端问题
		sk->dummy_th.source = ntohs(sk->num);//TCP首部中的source字段表示本地端口号
	}
	return 0;
}

listen 函数把一个未连接的套接字转换为一个被动套接字，指示内核应接受指向该套接字的连接请求，其内部实现归根到底就是设置 sock 结构的状态，设置其为 TCP_LISTEN。功能很简单。
这个函数也是服务器端调用，其套接字的地址信息状态和bind函数执行之后是一样的，只绑定了本地地址信息，不知道对端的地址信息。