listen() 函数的主要作用就是将套接字( sockfd )变成被动连接的监听套接字&＃xff08;被动等待客户端的连接&＃xff09;&＃xff0c;至于参数 backlog 的作用是设置内核中连接队列的长度&＃xff08;这个长度有什么用&＃xff0c;后面做详细的解释&＃xff09;&＃xff0c;TCP 三次握手也不是由这个函数完成&＃xff0c;listen()的作用仅仅告诉内核一些信息。

这里需要注意的是&＃xff0c;listen()函数不会阻塞&＃xff0c;它主要做的事情为&＃xff0c;将该套接字和套接字对应的连接队列长度告诉 Linux 内核&＃xff0c;然后&＃xff0c;listen()函数就结束。

这样的话&＃xff0c;当有一个客户端主动连接&＃xff08;connect()&＃xff09;&＃xff0c;Linux 内核就自动完成TCP 三次握手&＃xff0c;将建立好的链接自动存储到队列中&＃xff0c;如此重复。

所以&＃xff0c;只要 TCP 服务器调用了 listen()&＃xff0c;客户端就可以通过 connect() 和服务器建立连接&＃xff0c;而这个连接的过程是由内核完成。

下面为测试的服务器和客户端代码&＃xff0c;运行程序时&＃xff0c;要先运行服务器&＃xff0c;再运行客户端&＃xff1a;

服务器代码&＃xff1a;

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1. #include   
2. #include   
3. #include                          
4. #include   
5. #include   
6. #include   
7. #include                   
8. int main(int argc, char *argv[])  
9. {  
10.     unsigned short port &＃61; 8000;   
11.   
12.     int sockfd;  
13.     sockfd &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点&＃xff1a;套接字  
14.     if(sockfd < 0)  
15.     {  
16.         perror("socket");  
17.         exit(-1);  
18.     }  
19.       
20.     struct sockaddr_in my_addr;  
21.     bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));          
22.     my_addr.sin_family &＃61; AF_INET;  
23.     my_addr.sin_port   &＃61; htons(port);  
24.     my_addr.sin_addr.s_addr &＃61; htonl(INADDR_ANY);  
25.       
26.     int err_log &＃61; bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));  
27.     if( err_log !&＃61; 0)  
28.     {  
29.         perror("binding");  
30.         close(sockfd);        
31.         exit(-1);  
32.     }  
33.       
34.     err_log &＃61; listen(sockfd, 0);  
35.     if(err_log !&＃61; 0)  
36.     {  
37.         perror("listen");  
38.         close(sockfd);        
39.         exit(-1);  
40.     }     
41.       
42.     printf("listen client &＃64;port&＃61;%d...\n",port);  
43.       
44.     sleep(10);  // 延时10s  
45.   
46.     system("netstat -an | grep 8000");  // 查看连接状态  
47.       
48.     return 0;  
49. }  

客户端的代码&＃xff1a;

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1. #include   
2. #include   
3. #include   
4. #include   
5. #include   
6. #include   
7. #include   
8. int main(int argc, char *argv[])  
9. {  
10.     unsigned short port &＃61; 8000;             // 服务器的端口号  
11.     char *server_ip &＃61; "10.221.20.23";       // 服务器ip地址  
12.   
13.     int sockfd;  
14.     sockfd &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建套接字  
15.     if(sockfd < 0)  
16.     {  
17.         perror("socket");  
18.         exit(-1);  
19.     }  
20.       
21.     struct sockaddr_in server_addr;  
22.     bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址结构  
23.     server_addr.sin_family &＃61; AF_INET;  
24.     server_addr.sin_port &＃61; htons(port);  
25.     inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr.s_addr);  
26.       
27.     int err_log &＃61; connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));      // 主动连接服务器  
28.     if(err_log !&＃61; 0)  
29.     {  
30.         perror("connect");  
31.         close(sockfd);  
32.         exit(-1);  
33.     }  
34.       
35.     system("netstat -an | grep 8000");  // 查看连接状态  
36.     while(1);  
37.     return 0;  
38. }  

运行时先运行服务器&＃xff0c;再运行客户端&＃xff0c;运行结果如下

三次握手的连接队列

这里详细的介绍一下 listen() 函数的第二个参数&＃xff08; backlog&＃xff09;的作用&＃xff1a;告诉内核连接队列的长度。

为了更好的理解 backlog 参数&＃xff0c;我们必须认识到内核为任何一个给定的监听套接口维护一个队列&＃xff0c;该队列由两部分构成&＃xff0c;分别是完成连接接队列、未完成连接队列&＃xff1a;

1、未完成连接队列&＃xff08;incomplete connection queue&＃xff09;&＃xff0c;当服务器每收到客户端的一个SYN分节&＃xff0c;就会将该客户端放入未完成连接队列&＃xff0c;而服务器套接口处于 SYN_RCVD 状态。

2、已完成连接队列&＃xff08;completed connection queue&＃xff09;&＃xff0c;当客户端和服务器彻底完成三次握手过程&＃xff0c;客户端将从未完成连接队列升级成已完成连接队列&＃xff0c;并从未完成连接队列中清空该客户端&＃xff0c;这些套接口处于 ESTABLISHED 状态。

 

当来自客户的 SYN 到达时&＃xff0c;TCP 在未完成连接队列中创建一个新项&＃xff0c;然后响应以三次握手的第二个分节&＃xff1a;服务器的 SYN 响应&＃xff0c;其中稍带对客户 SYN 的 ACK&＃xff08;即SYN&＃43;ACK&＃xff09;&＃xff0c;这一项一直保留在未完成连接队列中&＃xff0c;直到三次握手的第三个分节&＃xff08;客户对服务器 SYN 的 ACK &＃xff09;到达或者该项超时为止&＃xff08;曾经源自Berkeley的实现为这些未完成连接的项设置的超时值为75秒&＃xff09;。

如果三次握手正常完成&＃xff0c;该项就从未完成连接队列移到已完成连接队列的队尾。

backlog 参数历史上被定义为上面两个队列的大小之和&＃xff0c;大多数实现默认值为 5&＃xff0c;当服务器把这个完成连接队列的某个连接取走后&＃xff0c;这个队列的位置又空出一个&＃xff0c;这样来回实现动态平衡&＃xff0c;但在高并发 web 服务器中此值显然不够。

四、accept()函数

accept()函数功能是&＃xff0c;从连接队列头部取出一个已经完成的连接&＃xff0c;如果这个队列没有已经完成的连接&＃xff0c;accept()函数就会阻塞&＃xff0c;直到取出队列中已完成的用户连接为止。

如果&＃xff0c;服务器不能及时调用 accept() 取走队列中已完成的连接&＃xff0c;队列满掉后会怎样呢&＃xff1f;UNP&＃xff08;《unix网络编程》&＃xff09;告诉我们&＃xff0c;服务器的连接队列满掉后&＃xff0c;服务器不会对再对建立新连接的syn进行应答&＃xff0c;所以客户端的 connect 就会返回 ETIMEDOUT。但实际上Linux的并不是这样的&＃xff01;

下面为测试代码&＃xff0c;服务器 listen() 函数只指定队列长度为 2&＃xff0c;客户端有 6 个不同的套接字主动连接服务器&＃xff0c;同时&＃xff0c;保证客户端的 6 个 connect()函数都先调用完毕&＃xff0c;服务器的 accpet() 才开始调用

服务器代码&＃xff1a;

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1. #include   
2. #include   
3. #include                          
4. #include   
5. #include   
6. #include   
7. #include       
8.               
9. int main(int argc, char *argv[])  
10. {  
11.     unsigned short port &＃61; 8000;           
12.       
13.     int sockfd &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);     
14.     if(sockfd < 0)  
15.     {  
16.         perror("socket");  
17.         exit(-1);  
18.     }  
19.       
20.     struct sockaddr_in my_addr;  
21.     bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));          
22.     my_addr.sin_family &＃61; AF_INET;  
23.     my_addr.sin_port   &＃61; htons(port);  
24.     my_addr.sin_addr.s_addr &＃61; htonl(INADDR_ANY);  
25.       
26.     int err_log &＃61; bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));  
27.     if( err_log !&＃61; 0)  
28.     {  
29.         perror("binding");  
30.         close(sockfd);        
31.         exit(-1);  
32.     }  
33.       
34.     err_log &＃61; listen(sockfd, 1);    // 等待队列为2  
35.     if(err_log !&＃61; 0)  
36.     {  
37.         perror("listen");  
38.         close(sockfd);        
39.         exit(-1);  
40.     }     
41.     printf("after listen\n");  
42.       
43.     sleep(20);  //延时 20秒  
44.       
45.     printf("listen client &＃64;port&＃61;%d...\n",port);  
46.   
47.     int i &＃61; 0;  
48.       
49.     while(1)  
50.     {     
51.           
52.         struct sockaddr_in client_addr;          
53.         char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] &＃61; "";       
54.         socklen_t cliaddr_len &＃61; sizeof(client_addr);      
55.           
56.         int connfd;  
57.         connfd &＃61; accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);         
58.         if(connfd < 0)  
59.         {  
60.             perror("accept");  
61.             continue;  
62.         }  
63.   
64.         inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);  
65.         printf("-----------%d------\n", &＃43;&＃43;i);  
66.         printf("client ip&＃61;%s,port&＃61;%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));  
67.           
68.         char recv_buf[512] &＃61; {0};  
69.         while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 )  
70.         {  
71.             printf("recv data &＃61;&＃61;%s\n",recv_buf);  
72.             break;  
73.         }  
74.           
75.         close(connfd);     //关闭已连接套接字  
76.         //printf("client closed!\n");  
77.           
78.           
79.     }  
80.     close(sockfd);         //关闭监听套接字  
81.     return 0;  
82. }  

客户端&＃xff1a;

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1. #include   
2. #include   
3. #include   
4. #include   
5. #include   
6. #include   
7. #include   
8.   
9. void test_connect(int data)  
10. {  
11.     unsigned short port &＃61; 8000;             // 服务器的端口号  
12.     char *server_ip &＃61; "10.221.20.23";       // 服务器ip地址  
13.       
14.     int sockfd;  
15.     sockfd &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点&＃xff1a;套接字  
16.     if(sockfd < 0)  
17.     {  
18.         perror("socket");  
19.         exit(-1);  
20.     }  
21.       
22.     struct sockaddr_in server_addr;  
23.     bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址  
24.     server_addr.sin_family &＃61; AF_INET;  
25.     server_addr.sin_port &＃61; htons(port);  
26.     inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);  
27.       
28.     int err_log &＃61; connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));      // 主动连接服务器  
29.     if(err_log !&＃61; 0)  
30.     {  
31.         perror("connect");  
32.         close(sockfd);  
33.         exit(-1);  
34.     }  
35.     printf("---data&＃61;%d---\n",data);  
36.     system("netstat -an | grep 8000");  // 查看连接状态  
37.       
38.     char send_buf[100]&＃61;"this is for test";  
39.     send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);   // 向服务器发送信息  
40.   
41.     //close(sockfd);  
42. }  
43.   
44. int main(int argc, char *argv[])  
45. {  
46.     pid_t pid;  
47.     pid &＃61; fork();  
48.       
49.     if(0 &＃61;&＃61; pid){  
50.   
51.         test_connect(1);        // 1  
52.           
53.         pid_t pid &＃61; fork();  
54.         if(0 &＃61;&＃61; pid){  
55.             test_connect(2);    // 2  
56.         }else if(pid > 0){  
57.             test_connect(3);    // 3  
58.         }  
59.           
60.     }else if(pid > 0){  
61.           
62.         test_connect(4);    // 4  
63.           
64.         pid_t pid &＃61; fork();  
65.         if(0 &＃61;&＃61; pid){  
66.             test_connect(5);    // 5  
67.               
68.         }else if(pid > 0){  
69.             test_connect(6);    // 6  
70.         }  
71.       
72.     }  
73.     while(1);  
74.       
75.     return 0;  
76. }  

同样是先运行服务器&＃xff0c;在运行客户端&＃xff0c;服务器 accept()函数前延时了 20 秒&＃xff0c; 保证了客户端的 connect() 全部调用完毕后再调用 accept(),运行结果如下

客户端结果图&＃xff1a;

服务器结果图&＃xff1a;

对于上面服务器的代码&＃xff0c;我们把lisen()的第二个参数改为大于 6 的数(如 10)&＃xff0c;重新运行程序&＃xff0c;发现&＃xff0c;客户端 connect() 立马返回连接成功&＃xff0c; 服务器 accpet() 函数也立马返回成功。


TCP 的连接队列满后&＃xff0c;Linux 不会如书中所说的拒绝连接&＃xff0c;只是有些会延时连接&＃xff0c;写程序时服务器的 listen() 的第二个参数最好还是根据需要填写&＃xff0c;写太大不好&＃xff08;具体可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn&＃xff0c;默认最大值限制是 128&＃xff09;&＃xff0c;浪费资源&＃xff0c;写太小也不好&＃xff0c;延时建立连接。

以上源码下载