listen函数及其backlog参数的含义及实验验证

listen函数仅由TCP服务器调用，它做两件事情

• 当socket函数创建一个套接字时，它被假设为一个主动套接字，也就是说，它是一个将调用connect发起连接的客户套接字。listen函数把一个未连接的套接字转换成一个被动套接字，指示内核应接受指向该套接字的连接请求。调用listen导致套接字从CLOSED状态转换到LISTEN状态。
• 还有一个参数backlog，这就是我们这篇博客讨论的重点。

#include<sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

backlog参数一直都有很多说法，具体有这三种模型

1. 内核会为LISTEN状态的socket维护一个队列，其中存放SYN RCVD和ESTABLISHED状态的套接字，backlog就是这个队列的大小。
2. 内核会为LISTEN状态的socket维护两个队列，一个是SYN RCVD状态，另一个是ESTABLISHED状态，而backlog就是这两个队列的大小之和。
3. 第三种和第二种模型一样，但是backlog是队列ESTABLISHED的长度。

正确的解释，这是学长写的博客，昨天学长回来也给我们科普了这个知识点，之前对backlog参数知道其模型是第三种，但是就只是片面的了解，没有去做实验验证。学长建议我们还是要具体动手来操作。

今天早上就自己拿电脑做了实验来进行验证：
实验环境如下所示：

实验思路：

1. 客户端创建多个线程同时连接服务器，本次实验创建10个线程。
2. 服务端listen后等一段时间再用accept函数接收。
3. 观察ESTABLISHED状态的数量是否和我们设置的backlog参数一致。

• backlog参数我们定义为5

• SYN队列大小就是256

• accept队列大小就是5

服务端的代码

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<iostream>
#include<error.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/stat.h>
#include<signal.h>
#include<sys/select.h>
#define PORT 8848

int main(int argc, char *argv[])
{
   int listenfd;
   struct sockaddr_in ser_addr, cli_addr;
   listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));
   ser_addr.sin_family = AF_INET;
   ser_addr.sin_port = htons(PORT);
   ser_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
   int ret;
   setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &ret, sizeof(ret));
   socklen_t len = sizeof(sockaddr_in);
   ret = bind(listenfd, (sockaddr*)&ser_addr, len);
   if(ret < 0)
       printf("bind erro\n");
   ret = listen(listenfd, 5);
   if(ret < 0)
       printf("listen erro\n");
   while(1)
   {
       sleep(15);
       int connfd = accept(listenfd, (sockaddr*)&cli_addr, &len);
       if(connfd > 0)
           printf("我接收一个连接\n");
   }
   close(listenfd);
}

客户端代码

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<iostream>
#include<error.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/stat.h>
#include<signal.h>
#include<sys/select.h>
struct sockaddr_in cli_addr;

void* fun(void *arg)
{
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int ret = connect(fd, (sockaddr*)&cli_addr, sizeof(cli_addr));
    if(ret == 0)
        printf("我连接成功\n");
    while(1); 
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int connfd;
    memset(&cli_addr, 0, sizeof(cli_addr));
    cli_addr.sin_family = AF_INET;
    cli_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    cli_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    pthread_t id[10];
    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        pthread_create(&id[i], NULL, fun, NULL);   
    }
    while(1)
    {
    }
}

用这个命令显示我们的状态 watch -n 1 “netstat -natp | grep 8848

所得实验结果与上面学长博客实验结果相同，但是经过抓包发现了一个现象。

这是上述实验连接的抓包部分截图，可以看到客户端35166、35170给服务端8848发送ack想要完成三次握手，但是服务端8848却一直给客户端35166和35170发送SYN和ack(就是三次握手的第二步)，这种现象是为什么呢？
因为在客户端刚开始连接服务器的时候，服务器的accept队列还没有满，所以它会给客户端发来的SYN都进行响应，但是当有的连接三次握手完成的更快，导致accept队列已满，我们的服务端也没有调用accept将其取走，这就导致服务端不能将之前响应的SYN的那些连接状态从SYN_RCVD转变到ESTABLISHED，所以它会将客户端发送来的ACK忽略继续给其发送SYN，让客户端误以为ACK丢失重新发送ACK，这就是上述抓包出现的状况。
在查阅博客的时候巧了，发现学长对这个问题也写了一篇博客，链接。