主要內容：TCP的快速確認、TCP_QUICKACK選項的實現。
內核版本：3.15.2
我的博客：http://blog.csdn.net/zhangskd
快速確認模式
(1) 進入快速確認模式
設置快速確認模式標誌，設置在快速確認模式中可以發送的ACK數量。
static void tcp_enter_quickack_mode (struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
tcp_incr_quickack(sk); /* 設置在快速確認模式中可以發送的ACK數量 */
icsk->icsk_ack.pingpong = 0; /* 快速確認模式的標誌 */
icsk->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN; /* ACK超時時間 */
}
在快速確認模式中，可以發送的ACK數量是有限制的，具體額度爲icsk->icsk_ack.quick。
所以進入快速確認模式時，需要設置可以快速發送的ACK數量，一般允許快速確認半個接收窗口的數據量，
但最多不能超過16個，最少爲2個。
static void tcp_incr_quickack (struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* 可以快速確認半個接收窗口的數據量 */
unsigned int quickacks = tcp_sk(sk)->rcv_wnd / (2 * icsk->icsk_ack.rcv_mss);
if (quickacks == 0)
quckacks = 2; /* 最少爲2個 */
if (quickacks > icsk->icsk_ack.quick)
icsk->icsk_ack.quick = min(quickacks, TCP_MAX_QUICKACKS); /* 最多不能超過16個 */
}
/* Maximal number of ACKs sent quickly to accelerate slow-start. */
#define TCP_MAX_QUICKACKS 16U
(2) 檢查是否處於快速確認模式。
如果設置了快速確認標誌，且快速確認模式中可以發送的ACK數量不爲0，就判斷連接處於快速確認模式中，
允許立即發送ACK。
/* Send ACKs quickly, if "quick" count is not exhausted and the session is not interactive. */
static inline bool tcp_in_quickack_mode (const struct sock *sk)
{
const struct inet_connectionsock *icsk = inet_csk(sk);
/* 如果快速確認模式中可以發送的ACK數量不爲0，且設置了快速確認標誌 */
return icsk->icsk_ack.quick && ! icsk->icsk_ack.pingpong;
}
快速ACK的發送
在tcp_rcv_established()中，如果沒有通過TCP的首部預測，就會執行慢速路徑來處理接收到的報文。
處理完接收到的報文之後，會調用tcp_data_snd_check()來檢查是否需要發送數據，以及是否需要擴大發送緩存。
然後調用tcp_ack_snd_check()來檢查是否需要發送ACK，以及是使用快速確認還是延遲確認。
同樣的在通過TCP首部預測的快速路徑中，也會調用__tcp_ack_snd_check()來發送快速確認或延遲確認。
static inline void tcp_ack_snd_check(struct sock *sk)
{
/* 如果沒有ACK需要發送 */
if (! inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
/* We sent a data segment already. */
return;
}
__tcp_ack_snd_check(sk, 1); /* 決定要發送快速確認還是延遲確認 */
}
如果此時符合以下任一條件，可以立即發送ACK，即進行快速確認：
1. 接收緩衝區中有一個以上的全尺寸數據段仍然是NOT ACKed，並且接收窗口變大了。
所以一般收到了兩個數據包後，會發送ACK，而不是對每個數據包都進行確認。
2. 此時處於快速確認模式中。
3. 亂序隊列不爲空。
/* Check if sending an ack is needed. */
static void __tcp_ack_snd_check (struct sock *sk, int ofo_possible)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
/* 符合以下任一條件，可以立即發送ACK：
* 1. 接收緩衝區中有一個以上的全尺寸數據段仍然是NOT ACKed，並且接收窗口變大了。
* 2. 此時處於快速確認模式中。
* 3. 亂序隊列不爲空。
*/
/* More than one full frame received... */
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); /* 立即發送ACK */
} else {
/* Else, send delayed ack. */
tcp_send_delayed_ack(sk); /* 延遲ACK的發送，見下一篇blog：） */
}
}
ACK的發送函數爲tcp_send_ack()，如果發送失敗會啓動ACK延遲定時器。
/* This routine sends an ack and also updates the window. */
void tcp_send_ack (struct sock *sk)
{
struct sk_buff *buff;
/* If we have been reset, we may not send again. */
if (sk->sk_state == TCP_CLOSE)
return;
/* We are not putting this on the write queue, so tcp_transmit_skb()
* will set the ownership to this sock.
*/
buff = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC));
if (buff == NULL) { /* 分配skb失敗 */
inet_csk_schedule_ack(sk); /* 設置標誌位，表示有ACK需要發送 */
inet_csk(sk)->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN; /* 重置ATO */
/* 設置延遲確認定時器，超時時間爲200ms */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_DACK, TCP_DELACK_MAX, TCP_RTO_MAX);
return;
}
/* Reserve space for headers and prepare control bits. */
skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER); /* 設置報文頭部的空間 */
/* 初始化不攜帶數據的skb的一些控制字段 */
tcp_init_nondata_skb(buff, tcp_acceptable_seq(sk), TCPHDR_ACK);
/* Send it off, this clears delayed acks for us. */
TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
tcp_transmit_skb(sk, buff, 0, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC));
}
/* 設置標誌位，表示有ACK需要發送。*/
static inline void inet_csk_schedule_ack (struct sock *sk)
{
inet_csk(sk)->icsk_ack.pending |= ICSK_ACK_SCHED;
}
/* Maximal time to delay before sending an ACK.
* Delayed ACK的最大延遲時間，一般爲200ms
*/
#define TCP_DELACK_MAX ((unsigned) (HZ/5))
/* Delayed ACK的最小延遲時間，一般爲40ms */
#define TCP_DELACK_MIN ((unsigned) (HZ/25))
TCP_QUICKACK選項
TCP_QUICKACK用於讓本端立即發送ACK，而不進行延遲確認。
需要注意的是，這個選項並不是持久的，之後還是有可能進入延遲確認模式的。
所以如果需要一直進行快速確認，要在每次調用接收函數後都進行選項設置。
int quickack = 1; /* 啓用快速確認，如果賦值爲0表示使用延遲確認 */
setsockopt(fd, SOL_TCP, TCP_QUICKACK, &quickack, sizeof(quickack));
#define TCP_QUICKACK 12 /* Block / reenable quick acks */
static int do_tcp_setsockopt(struct sock *sk, int level, int optname, char __user *optval,
unsigned int optlen)
{
...
case TCP_QUICKACK:
if (! val) {
icsk->icsk_ack.pingpong = 1; /* 禁用快速確認模式 */
} else {
icsk->icsk_ack.pingpong = 0; /* 啓用快速確認模式 */
/* 如果當前有ACK需要發送，就立即發送 */
if (1 << sk->sk_state) & (TCPF_ESTABLISHED | TCPF_CLOSE_WAIT) &&
inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
icsk->icsk_ack.pending |= ICSK_ACK_PUSHED; /* 允許在快速模式中立即發送 */
/* 通常當接收隊列中有數據複製到用戶空間時，會調用此函數來判斷是否需要立即發送ACK。
* 這裏的用法比較特殊，由於設置了ICSK_ACK_PUSHED標誌，且處於快速確認模式中，
* 必然會立即發送ACK。
*/
tcp_cleanup_rbuf(sk, 1);
/* 如果選項的值爲偶數，那麼立即退出快速確認模式。
* 原來選項值不限於0和1，還分奇偶的：）
*/
if (! (val & 1))
icsk->icsk_ack.pingpong = 1;
}
}
break;
...
}
當接收隊列中有數據複製到用戶空間時，會調用tcp_cleanup_rbuf()來判斷是否要立即發送ACK。
(1) 如果現在有ACK需要發送，滿足以下條件之一，就可以立即發送：
1. icsk->icsk_ack.blocked爲1，之前有Delayed ACK被用戶進程阻塞了。
2. 接收緩衝區中有一個以上的全尺寸數據段仍然是NOT ACKed (所以經常是收到2個全尺寸段後發送ACK)
3. 本次複製到用戶空間的數據量大於0，且滿足以下條件之一：
3.1 設置了ICSK_ACK_PUSHED2標誌
3.2 設置了ICSK_ACK_PUSHED標誌，且處於快速確認模式中
(2) 如果原來沒有ACK需要發送，但是現在的接收窗口顯著增大了，也需要立即發送ACK通知對端。
這裏的顯著增大是指：新的接收窗口大小不爲0，且比原來接收窗口的剩餘量增大了一倍。
/* Clean up the receive buffer for full frames taken by the user,
* then send an ACK if necessary. COPIED is the number of bytes
* tcp_recvmsg has given to the user so far, it speeds up the calculation
* of whether or not we must ACK for the sake of a window update.
*/
void tcp_cleanup_rbuf (struct sock *sk, int copied)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
bool time_to_ack = false;
/* 獲取接收隊列的頭一個數據段 */
struct sk_buff *skb = skb_peek(&sk->sk_receive_queue);
/* copied_seq: Head of yet unread data，應用程序下次從這裏開始複製數據。
* 這裏檢查在發送隊列中，已複製到用戶空間的數據段是否被清理了。
*/
WARN(skb && !before(tp->copied_seq, TCP_SKB_CB(skb)->end_seq),
"cleanup rbuf bug: copied %X seq %X rcvnxt %X\n", tp->copied_seq,
TCP_SKB_CB(skb)->end_seq, tp->rcv_nxt);
/* 如果現在有ACK需要發送，滿足以下條件之一則可以立即發送 */
if (inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* 1. Delayed ACKs frequently hit locked sockets during bulk receive.
* 2. Once-per-two-segments ACK was not sent by tcp_input.c.
* 3. copied >0 and ICSK_ACK_PUSHED2 set.
* 4. copied > 0 and ICSK_ACK_PUSHED and in quickack mode.
*/
if (icsk->icsk_ack.blocked || tp->rcv_nxt - tp->rcv_wup > icsk->icsk_ack.rcv_mss ||
(copied > 0 && ((icsk->icsk_ack.pending & ICSK_ACK_PUSHED2) ||
((icsk->icsk_ack.pending & ICSK_ACK_PUSHED) && ! icsk->icsk_ack.pingpong)) &&
! atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc)))
time_to_ack = true;
}
/* We send an ACK if we can now advertise a non-zero window which has
* been raised "significantly" - at least twice bigger.
* Even if window raised up to infinity, do not send window open ACK in states,
* where we will not receive more. It is useless.
*/
if (copied > 0 && ! time_to_ack && ! (sk->sk_shutdown & RCV_SHUTDOWN)) {
__u32 rcv_window_now = tcp_receive_window(tp); /* 當前接收窗口的剩餘量 */
/* 如果當前接收窗口的剩餘量小於最大值的一半 */
if (2 * rcv_window_now <= tp->window_clamp) {
/* 根據剩餘的接收緩存，計算新的接收窗口的大小。
* 因爲這次複製，很可能空出不少接收緩存，所以新的接收窗口也會相應增大。
*/
__u32 new_window = __tcp_select_window(sk);
/* Send ACK now, if this read freed lots of space in our buffer.
* Certainly, new_window is new window.
* We can advertise it now, if it is not less than current one.
* "Lots" means "at least twice" here.
*/
/* 如果新的接收窗口不爲0，且比原來接收窗口的剩餘量大了一倍以上，就說接收窗口顯著增大了。
* 而當接收窗口顯著增大時，也需要立即發送ACK告知對端。
*/
if (new_window && new_window >= 2 * rcv_window_now)
time_to_ack = true;
}
}
if (time_to_ack)
tcp_send_ack(sk); /* 發送ACK給對端 */
}
/* 計算當前接收窗口的剩餘量 */
/* Compute the actual receive window we are currently advertising.
* Rcv_nxt can be after the window if our peer push more data than
* the offered window.
*/
static inline u32 tcp_receive_window (const struct tcp_sock *tp)
{
s32 win = tp->rcv_wup + tp->rcv_wnd - tp->rcv_nxt;
if (win < 0)
win = 0;
return (u32) win;
}