connect端口抉择
在socket编程中, 客户端应用connect向服务端发动申请时,如果不指定本地端口(个别都不指定), 内核会主动为连贯调配一个可用的端口. connect是如何进行端口抉择的呢?
connect端口抉择逻辑如下:
- 如果sock曾经指定了端口, 应用指定的端口
如果sock没有指定端口, 调配一个端口
- 先获取内核参数设置的本地可用端口范畴,默认为low: 32768 - high: 60999
- 依据hint和三元组的hash失去一个随机的偏移量offset
从low+offset开始, 在可用端口范畴内遍历判断端口是否可用, 每次端口值+2
- 不容许应用用户设置的保留端口
如果端口曾经应用
- 不容许应用bind绑定的端口
查看端口是否可重用
1. ehash表中没有四元组匹配的sock时端口可重用2. 有四元组匹配的sock时进行TIME_WAIT判断 1. 合乎以下条件可重用 1. 匹配的连贯处于TIME_WAIT状态 2. 满足TIME_WAIT端口复用条件
- 如果端口没有被应用,应用此端口
内核容许同一个端口向两个不同的服务端发动连贯申请
源码剖析:
connect端口抉择外围函数inet_hash_connect剖析:
/* * Bind a port for a connect operation and hash it. */int inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row, struct sock *sk){ u32 port_offset = 0; /* 如果sk的本地源端口设置为0 */ if (!inet_sk(sk)->inet_num) /* 依据源IP、目标IP、目标端口,用hash函数计算出一个随机数,作为端口的初始偏移值 */ port_offset = inet_sk_port_offset(sk); return __inet_hash_connect(death_row, sk, port_offset, __inet_check_established); /* __inet_check_established为查看端口是否可用的回调函数 */}__inet_hash_connect剖析:
int __inet_hash_connect(struct inet_timewait_death_row *death_row, struct sock *sk, u32 port_offset, int (*check_established)(struct inet_timewait_death_row *, struct sock *, __u16, struct inet_timewait_sock **)){ struct inet_hashinfo *hinfo = death_row->hashinfo; struct inet_timewait_sock *tw = NULL; struct inet_bind_hashbucket *head; int port = inet_sk(sk)->inet_num; struct net *net = sock_net(sk); struct inet_bind_bucket *tb; u32 remaining, offset; int ret, i, low, high; static u32 hint; int l3mdev; /* sock曾经设置了端口 */ if (port) { head = &hinfo->bhash[inet_bhashfn(net, port, hinfo->bhash_size)]; tb = inet_csk(sk)->icsk_bind_hash; spin_lock_bh(&head->lock); if (sk_head(&tb->owners) == sk && !sk->sk_bind_node.next) { inet_ehash_nolisten(sk, NULL); spin_unlock_bh(&head->lock); return 0; } spin_unlock(&head->lock); /* No definite answer... Walk to established hash table */ ret = check_established(death_row, sk, port, NULL); local_bh_enable(); return ret; } /* * sock没有设置端口时会走到这里,以下是内核主动抉择端口的过程 * connect主动抉择端口会保障和ip_local_port_range的low的奇偶性保持一致 * bind主动抉择端口会保障和low奇偶性相同 */ /* * 绑定的VRF(Virtual Routing and Forwarding)设施 * 内核默认不开启tcp_l3mdev_accept,间接返回0 */ l3mdev = inet_sk_bound_l3mdev(sk); /* 获取本地可用端口范畴,ip_local_port_range是能够设置的内核参数,默认是32768-60999 */ inet_get_local_port_range(net, &low, &high); high++; /* [32768, 60999] -> [32768, 61000[ */ /* 计算端口范畴差值 */ remaining = high - low; if (likely(remaining > 1)) /* 确保remaining为偶数,保障和low的奇偶性保持一致 */ remaining &= ~1U; /* * 依据hint和port_offset计算出一个remaining范畴内的偏移量 * hint是一个动态变量,每次+(i+2),i为上次的可用端口-初始抉择端口 * hint尽量使每次抉择的端口递增,进步端口命中率 * port_offset是之前依据源地址,目标地址,目标端口hash进去的一个随机数 */ offset = (hint + port_offset) % remaining; /* In first pass we try ports of @low parity. * inet_csk_get_port() does the opposite choice. */ /* 确保offset为偶数,保障和low的奇偶性保持一致 */ offset &= ~1U;other_parity_scan: /* 抉择第一个port的值 */ port = low + offset; /* 从第一个port开始判断端口是否可用,每次port+2,保障和low的奇偶性保持一致 */ for (i = 0; i < remaining; i += 2, port += 2) { /* port超范围则返回low持续查找 */ if (unlikely(port >= high)) port -= remaining; /* * 排除ip_local_reserved_ports内核参数中设置的保留端口 * 参数默认为空,能够本人配置想要为某些服务保留的端口 */ if (inet_is_local_reserved_port(net, port)) continue; /* 依据端口号和命名空间的哈希失去哈希表头 */ head = &hinfo->bhash[inet_bhashfn(net, port, hinfo->bhash_size)]; /* 锁住此表头 */ spin_lock_bh(&head->lock); /* Does not bother with rcv_saddr checks, because * the established check is already unique enough. */ /* 从哈希失去的链表中查找对应的命名空间和端口号的bind_bucket */ inet_bind_bucket_for_each(tb, &head->chain) { /* 比照命名空间,端口号和VRF设施(默认不开启) */ if (net_eq(ib_net(tb), net) && tb->l3mdev == l3mdev && tb->port == port) { /* 不容许应用bind创立或者应用的端口 * bind创立构造体时,会使得fastreuse和fastreuseport>=0 * connect创立构造体时,两个值为-1 */ if (tb->fastreuse >= 0 || tb->fastreuseport >= 0) goto next_port; WARN_ON(hlist_empty(&tb->owners)); /* 查看端口是否可重用 * 1.ehash表中没有四元组,命名空间匹配的sock时可重用 * 2.有四元组命名空间匹配的连贯时进行TIME_WAIT判断 * 合乎以下条件可重用 * - 匹配的连贯处于TIME_WAIT状态 * - 满足TIME_WAIT端口复用条件 */ if (!check_established(death_row, sk, port, &tw)) goto ok; goto next_port; } } /* 没有找到对应的bind_bucket时会走到这里 * 阐明还没有创立端口的inet_bind_bucket构造,端口肯定可用 */ /* 为端口创立inet_bind_bucket构造 */ tb = inet_bind_bucket_create(hinfo->bind_bucket_cachep, net, head, port, l3mdev); if (!tb) { spin_unlock_bh(&head->lock); return -ENOMEM; } /* fastreuse和fastreuseport设置为-1 */ tb->fastreuse = -1; tb->fastreuseport = -1; goto ok;next_port: spin_unlock_bh(&head->lock); cond_resched(); } /* 走到这里阐明没有适合端口,扭转奇偶性再选一次 */ offset++; if ((offset & 1) && remaining > 1) goto other_parity_scan; /* 扭转奇偶性仍然没有适合端口,返回谬误Cannot assign requested address */ return -EADDRNOTAVAIL;ok: /* 保留动态变量的值,下个雷同三元组会应用新的hint,缩小反复判断 */ hint += i + 2; /* Head lock still held and bh's disabled */ /* 将sock增加到inet_bind_bucket构造的owner链表中 */ inet_bind_hash(sk, tb, port); /* 如果sokc没有增加到ehash表,将sock增加到ehash表中 */ if (sk_unhashed(sk)) { inet_sk(sk)->inet_sport = htons(port); inet_ehash_nolisten(sk, (struct sock *)tw); } /* 提前结束time_wait状态 */ if (tw) inet_twsk_bind_unhash(tw, hinfo); spin_unlock(&head->lock); if (tw) inet_twsk_deschedule_put(tw); local_bh_enable(); return 0;}__inet_check_established剖析:
/* called with local bh disabled */static int __inet_check_established(struct inet_timewait_death_row *death_row, struct sock *sk, __u16 lport, struct inet_timewait_sock **twp){ struct inet_hashinfo *hinfo = death_row->hashinfo; struct inet_sock *inet = inet_sk(sk); __be32 daddr = inet->inet_rcv_saddr; __be32 saddr = inet->inet_daddr; int dif = sk->sk_bound_dev_if; struct net *net = sock_net(sk); int sdif = l3mdev_master_ifindex_by_index(net, dif); INET_ADDR_COOKIE(acookie, saddr, daddr); const __portpair ports = INET_COMBINED_PORTS(inet->inet_dport, lport); /* 依据四元组和命名空间失去ehash表的哈希值 */ unsigned int hash = inet_ehashfn(net, daddr, lport, saddr, inet->inet_dport); /* 获取指定哈希值的哈希桶 */ struct inet_ehash_bucket *head = inet_ehash_bucket(hinfo, hash); /* 指定哈希桶的锁 */ spinlock_t *lock = inet_ehash_lockp(hinfo, hash); struct sock *sk2; const struct hlist_nulls_node *node; struct inet_timewait_sock *tw = NULL; /* 锁住哈希桶 */ spin_lock(lock); /* 遍历哈希桶匹配四元组,命名空间,绑定设施雷同的sock */ sk_nulls_for_each(sk2, node, &head->chain) { /* 比拟hash值 */ if (sk2->sk_hash != hash) continue; /* 有四元组,命名空间,绑定设施齐全匹配的连贯 */ if (likely(INET_MATCH(sk2, net, acookie, saddr, daddr, ports, dif, sdif))) { /* 连贯处于TIME_WAIT状态 */ if (sk2->sk_state == TCP_TIME_WAIT) { tw = inet_twsk(sk2); /* 判断是否满足TIME_WAIT端口复用条件 */ if (twsk_unique(sk, sk2, twp)) break; } /* 如果有齐全匹配的连贯,且不可TIME_WAIT复用,会走到这里,返回不可用 */ goto not_unique; } } /* 没有匹配到雷同的连贯,或者time_wait重用会走到这里 */ /* Must record num and sport now. Otherwise we will see * in hash table socket with a funny identity. */ inet->inet_num = lport; inet->inet_sport = htons(lport); sk->sk_hash = hash; WARN_ON(!sk_unhashed(sk)); /* 增加sock到ehash哈希桶中 */ __sk_nulls_add_node_rcu(sk, &head->chain); /* 从ehash哈希桶中删除TIME_WAIT连贯 */ if (tw) { sk_nulls_del_node_init_rcu((struct sock *)tw); __NET_INC_STATS(net, LINUX_MIB_TIMEWAITRECYCLED); } spin_unlock(lock); /* 减少端口应用计数 */ sock_prot_inuse_add(sock_net(sk), sk->sk_prot, 1); /* 提前终止time_wait */ if (twp) { *twp = tw; } else if (tw) { /* Silly. Should hash-dance instead... */ inet_twsk_deschedule_put(tw); } /* 返回可用 */ return 0;not_unique: spin_unlock(lock); return -EADDRNOTAVAIL;}