TCP 在作为客户端时，创建完socket一般都会立即向服务端发起connect请求。如果用户没有事先调用bind 绑定源端口和源ip。则内核会选取一个源端口，并根据路由选择源IP。
TCP connect 的大致流程是，调用inet的connect函数，调用TCP的connect函数，在TCP的connect函数中，设置socket状态。发送syn报文，设置超时重发，将socket 添加到establish hash 表中，阻塞等待服务端发送syn/ack报文。等到syn/ack报文，回ack报文，并返回，或超时返回。
系统调用入口函数 __sys_connect 如下
int __sys_connect(int fd, struct sockaddr __user *uservaddr, int addrlen)
{
struct socket *sock;
struct sockaddr_storage address;
int err, fput_needed;
sock = sockfd_lookup_light(fd, &err, &fput_needed); //通过fd获取sock结构
if (!sock)
goto out;
err = move_addr_to_kernel(uservaddr, addrlen, &address); //拷贝服务端地址
if (err < 0)
goto out_put;
err =
security_socket_connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen); //感觉像是selinux的hook。没仔细研究过，这块好多东西
if (err)
goto out_put;
err = sock->ops->connect(sock, (struct sockaddr *)&address, addrlen,
sock->file->f_flags); //调用 inet_stream_ops inet_stream_connect。进行connect
out_put:
fput_light(sock->file, fput_needed);
out:
return err;
}
SYSCALL_DEFINE3(connect, int, fd, struct sockaddr __user *, uservaddr,
int, addrlen)
{
return __sys_connect(fd, uservaddr, addrlen);
}
最后调用 __inet_stream_connect 这个函数。connect最后阻塞在这个函数里面。函数重要代码如下
int __inet_stream_connect(struct socket *sock, struct sockaddr *uaddr,
int addr_len, int flags, int is_sendmsg)
{
......
case SS_UNCONNECTED:
err = -EISCONN;
if (sk->sk_state != TCP_CLOSE)
goto out;
if (BPF_CGROUP_PRE_CONNECT_ENABLED(sk)) { //连接前的 bpf操作，进去看了一下 如果没有bpf prog 很快出来
err = sk->sk_prot->pre_connect(sk, uaddr, addr_len);
if (err)
goto out;
}
err = sk->sk_prot->connect(sk, uaddr, addr_len); //执行具体协议的connect函数
if (err < 0)
goto out;
sock->state = SS_CONNECTING; //修改socket状态为connecting
if (!err && inet_sk(sk)->defer_connect)
goto out;
/* Just entered SS_CONNECTING state; the only
* difference is that return value in non-blocking
* case is EINPROGRESS, rather than EALREADY.
*/
err = -EINPROGRESS;
break;
}
timeo = sock_sndtimeo(sk, flags & O_NONBLOCK); //获取超时时间，默认非常大。
if ((1 << sk->sk_state) & (TCPF_SYN_SENT | TCPF_SYN_RECV)) {
int writebias = (sk->sk_protocol == IPPROTO_TCP) &&
tcp_sk(sk)->fastopen_req &&
tcp_sk(sk)->fastopen_req->data ? 1 : 0;
/* Error code is set above */
if (!timeo || !inet_wait_for_connect(sk, timeo, writebias))
/*等待连接，连接超时（这个超时是TCP设置的）或者收到syn/ack。
*如果没有设置O_NOBLOCK则进程被阻塞。否则直接返回，直接返回后通过
*epoll等待连接事件。在某些版本的内核里面超时以后，这块行为会变成可读
*可写加超时error，因此用户态需要注意处理方式。踩过坑
*/
goto out;
err = sock_intr_errno(timeo);
if (signal_pending(current))
goto out;
}
/* Connection was closed by RST, timeout, ICMP error
* or another process disconnected us.
*/
if (sk->sk_state == TCP_CLOSE) //查看tcp连接状态。如果TCP状态没有改变说明没有收到 syn/ack报文
goto sock_error;
/* sk->sk_err may be not zero now, if RECVERR was ordered by user
* and error was received after socket entered established state.
* Hence, it is handled normally after connect() return successfully.
*/
sock->state = SS_CONNECTED; //修改状态为连接完成
err = 0;
out:
return err;
sock_error:
err = sock_error(sk) ? : -ECONNABORTED;
sock->state = SS_UNCONNECTED;
if (sk->sk_prot->disconnect(sk, flags))
sock->state = SS_DISCONNECTING;
goto out;
}
sk->sk_prot->connect 在tcp中调用的是tcp_v4_connect。 这个函数的作用，按照代码顺序分为以下几个：
1.如果用户已经设置源IP，则直接使用设置的源IP
2.如果没有设置源IP则根据目的ip和路由查找源IP
3.如果用户已经设置源port，则直接使用源Port
4.如果没有设置源PORT 根据目的IP port 和当前系统的establish tcp hash表查找sport。
5.查找目的路由
6.将TCP sock 状态设置为TCP_SYN_SENT。
7.根据已经查找到的路由及路由出口设备的能力设置一些GSO TSO标志等。sk_setup_caps。
这个函数比较简单，这里就不列出来了。需要注意的是查找可用源PORT的函数，会在查找到源port后将sock添加到establish hash表中。这个时候sock状态还没有establish。个人认为 主要是为了区分listen。listen 五元组不全， establish 是全五元组。函数是inet_hash_connect。有兴趣可以进去看看。
tcp connect 关键函数是tcp_connect 函数体如下
int tcp_connect(struct sock *sk)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
struct sk_buff *buff;
int err;
tcp_call_bpf(sk, BPF_SOCK_OPS_TCP_CONNECT_CB, 0, NULL);
if (inet_csk(sk)->icsk_af_ops->rebuild_header(sk))
return -EHOSTUNREACH; /* Routing failure or similar. */
tcp_connect_init(sk); //连接初始化，这个里面会设置一些超时时间等
if (unlikely(tp->repair)) {
tcp_finish_connect(sk, NULL);
return 0;
}
buff = sk_stream_alloc_skb(sk, 0, sk->sk_allocation, true);
if (unlikely(!buff))
return -ENOBUFS;
tcp_init_nondata_skb(buff, tp->write_seq++, TCPHDR_SYN);
tcp_mstamp_refresh(tp);
tp->retrans_stamp = tcp_time_stamp(tp);
tcp_connect_queue_skb(sk, buff);
tcp_ecn_send_syn(sk, buff);
tcp_rbtree_insert(&sk->tcp_rtx_queue, buff);
/* Send off SYN; include data in Fast Open. */
err = tp->fastopen_req ? tcp_send_syn_data(sk, buff) :
tcp_transmit_skb(sk, buff, 1, sk->sk_allocation); //发送数据包
if (err == -ECONNREFUSED)
return err;
/* We change tp->snd_nxt after the tcp_transmit_skb() call
* in order to make this packet get counted in tcpOutSegs.
*/
tp->snd_nxt = tp->write_seq;
tp->pushed_seq = tp->write_seq;
buff = tcp_send_head(sk);
if (unlikely(buff)) {
tp->snd_nxt = TCP_SKB_CB(buff)->seq;
tp->pushed_seq = TCP_SKB_CB(buff)->seq;
}
TCP_INC_STATS(sock_net(sk), TCP_MIB_ACTIVEOPENS);
/* Timer for repeating the SYN until an answer. */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_RETRANS,
inet_csk(sk)->icsk_rto, TCP_RTO_MAX); //设置超时重发，使用的retrans机制。
return 0;
}
在tcp连接中有三个定时器。比较重要
1.icsk_retransmit_timer 超时重发，handler tcp_write_timer
2.icsk_delack_timer 延迟回复ack。减少ack数量handler tcp_delack_timer
3.sk_timer keepalive_handler 这个不是tcp专有，连接保活用的。handler tcp_keepalive_timer
如果超时没有收到 服务器端返回的syn/ack 报文，当前设置为1秒，则会进入超时重发逻辑，进入tcp_write_timer_handler。 这个函数根据超时事件，进行不同的处。如果是超时重发则进入 tcp_retransmit_timer中处理，这个函数将重试发包。如果超过重试次数，则会进入 tcp_write_err函数，唤醒阻塞的实体处理，调用sk->sk_error_report （sock_def_error_report）。
tcp connect到这儿发送部分基本就完了，下节分析一下 收到syn/ack后，修改TCP状态到ESTABLISH。