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这次我们来看后面的3个定时器; 

首先是keep alive定时器。 

这个定时器主要是由于一条连接可能长时间idle，此时就需要发送探测包，来探测对端是否存活，如果对端收到这个探测包，它会立即相应一个ack，而当接受到ack之后，我们就能确认对端是存活的。否则我们会认为这个连接除了问题。 

这个定时器是当一个新的连接变为establish状态的时候被激活，如果在当定时器超时还没有数据到来，定时器回调函数就会被激活，从而发送探测包。 

在linux中，keep alive定时器不仅实现了keep alive而且还实现了syn ack定时器。并且这个定时器必须主动被打开，我们在用户空间通过设置SO_KEEPALIVE 套接子选项来打开这个定时器。而在内核中是通过设置sock的sk_flag域来实现的。 


上一篇的blog我们知道keepalive定时器的回掉函数是tcp_keepalive_timer,因此我们就来看这个函数的实现： 

下面的keepalive_time_when 是用来计算我们keep alive定时器的时间间隔用的。 

tp->keepalive_probes表示探测包的发送次数。 

TCP_KEEPIDLE这个选项对应着tp->keepalive_time，表示idle状态的间隔时间，也就是说idle时间超过tp->keepalive_time才会发送探测包 
TCP_KEEPINTVL这个选项对应着tp->keepalive_intvl ，而这个间隔表示定时器的间隔，也就是多长时间发送一次探测包。 

Java代码  

1. static void tcp_keepalive_timer (unsigned long data)  
2. {  
3.     struct sock *sk = (struct sock *) data;  
4.     struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);  
5.     struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);  
6.     __u32 elapsed;  
7.   
8.     /* Only process if socket is not in use. */  
9.     bh_lock_sock(sk);  
10. ///如果有用户进程在使用这个sock，则重启定时器。  
11.     if (sock_owned_by_user(sk)) {  
12.         /* Try again later. */  
13.         inet_csk_reset_keepalive_timer (sk, HZ/20);  
14.         goto out;  
15.     }  
16. ///我们上面说过了，keep alive定时器还可以处理ayn ack定时器。紧接着下面我们会分析这个定时器。  
17.     if (sk->sk_state == TCP_LISTEN) {  
18.         tcp_synack_timer(sk);  
19.         goto out;  
20.     }  
21.   
22. ///如果状态为tcp_fin_wait,并且sock已经被关闭。则进入time_wait处理。  
23.     if (sk->sk_state == TCP_FIN_WAIT2 && sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) {  
24.         if (tp->linger2 >= 0) {  
25.             const int tmo = tcp_fin_time(sk) - TCP_TIMEWAIT_LEN;  
26.   
27.             if (tmo > 0) {  
28. ///time wait定时器还没有超时，则进入time wait定时器的处理.  
29.                 tcp_time_wait(sk, TCP_FIN_WAIT2, tmo);  
30.                 goto out;  
31.             }  
32.         }  
33. ///如果已经超时，则发送一个reset到对端。  
34.         tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC);  
35.         goto death;  
36.     }  
37.   
38. ///检测keep alive有没有被打开。如果没有打开，则直接退出。  
39.     if (!sock_flag(sk, SOCK_KEEPOPEN) || sk->sk_state == TCP_CLOSE)  
40.         goto out;  
41.   
42. ///取出那个空闲间隔时间。  
43.     elapsed = keepalive_time_when(tp);  
44.   
45. /* 1 tp->packets_out判断是否有任何已经传输可是还没有确认的数据包。 
46. *  2 tcp_send_head用来判断是否有将要发送的包 
47. * 如果上面有任何一个条件为真，就说明这个连接并不是处于idle状态，此时我们就重启定 *时器。 
48. */  
49.     if (tp->packets_out || tcp_send_head(sk))  
50.         goto resched;  
51. ///接下来计算最后一次接收包到现在过去的时间。  
52.     elapsed = tcp_time_stamp - tp->rcv_tstamp;  
53.   
54. /*接下来比较idle时间有没有超过keep alive的设置的间隔时间，如果超过了，则说明我 *们需要 发送探测包了。如果没有，则我们需要重新调整keep alive的超时时间。 
55. */  
56.     if (elapsed >= keepalive_time_when(tp)) {  
57. ///这个检测用来检测是否探测包已经超过了重发个数限制。  
58.         if ((!tp->keepalive_probes && icsk->icsk_probes_out >= sysctl_tcp_keepalive_probes) ||  
59.              (tp->keepalive_probes && icsk->icsk_probes_out >= tp->keepalive_probes)) {  
60. ///如果超过了限制，则我们认为连接已经断掉，此时我们发送一个reset给对端。  
61.             tcp_send_active_reset(sk, GFP_ATOMIC);  
62.             tcp_write_err(sk);  
63.             goto out;  
64.         }  
65. /*调用tcp_write_wakeup发送一个探测包。如果哦发送成功我们增加icsk-           * >icsk_probes_out,也就是发送次数。并且重新计算发送间隔。 
66. */  
67.         if (tcp_write_wakeup(sk) <= 0) {  
68.             icsk->icsk_probes_out++;  
69. ///这里计算探测时间间隔，并赋值给elapsed。  
70.             elapsed = keepalive_intvl_when(tp);  
71.         } else {  
72. ///如果探测包丢失了，这表示有可能本地网络有问题，于是我们增加探测时间间隔，  
73.             elapsed = TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL;  
74.         }  
75.     } else {  
76. ///减小定时器的时间间隔。  
77.         elapsed = keepalive_time_when(tp) - elapsed;  
78.     }  
79.   
80.     TCP_CHECK_TIMER(sk);  
81.     sk_mem_reclaim(sk);  
82.   
83. resched:  
84. ///重启定时器。超时时间为elapsed。  
85.     inet_csk_reset_keepalive_timer (sk, elapsed);  
86.     goto out;  
87.   
88. death:  
89.     tcp_done(sk);  
90.   
91. out:  
92.     bh_unlock_sock(sk);  
93.     sock_put(sk);  
94. }  

接下来来看syn ack定时器。 

这个定时器主要是用来管理连接队列。而且是用在服务端的。因为当三次握手最后一次，我们发送了syn-ack后，有可能需要重传syn-ack.而重传syn-ack这里一般有两个原因: 

1 处于eastablished状态的连接，accept队列已满，使得应用程序不能接受新的连接。 

2 当我们发送了syn-ack后，最后一个ack没有接受到，也就是3此握手没有完成。 

第二个比较好理解，那么第一个呢。第一个之所以会这样，当accept队列满了之后，我们无法从半连接队列拷贝连接到accept队列，而我们拷贝半连接队列中的连接这个动作，是当ack到来时，我们才会激发这个动作，因此当accept队列满了，如果ack到来，我们会标记这个sock的acked域为1,此时由于不能拷贝连接，因此我们会等段时间重传这个syn-ack，从而等待ack的到来后拷贝这个半连接队列。 

这个定时器什么时候会被启动呢，第一次一个连接加入到半连接队列的时候激活这个定时器。 

Java代码  

1. static inline void inet_csk_reqsk_queue_added(struct sock *sk,  
2.                           const unsigned long timeout)  
3. {  
4.     if (reqsk_queue_added(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue) == 0)  
5.         inet_csk_reset_keepalive_timer(sk, timeout);  
6. }  

而reqsk_queue_added的返回值为qlen,这个我们前面的blog已经介绍过了，这个值表示的是当前在半连接队列并且没有move到accept队列的连接个数。 

而这个定时器什么时候被取消呢，和上面类似，也就是当最后一个在半连接队列中的连接被move到accept队列的时候。 

Java代码  

1. static inline void inet_csk_reqsk_queue_removed(struct sock *sk,  
2.                         struct request_sock *req)  
3. {  
4.     if (reqsk_queue_removed(&inet_csk(sk)->icsk_accept_queue, req) == 0)  
5.         inet_csk_delete_keepalive_timer(sk);  
6. }  

接下来我们来看定时器的实现，它的实现函数就是tcp_synack_timer。这个函数直接会调用inet_csk_reqsk_queue_prune. 

先来大概的介绍下这个函数的功能。 

当半连接队列的连接个数超过最大个数的一半时，我们需要为接受年轻的连接(也就是没有重传过的连接)保留一半的空间。半连接队列里面要尽量保持young的连接，并remove掉一些长时间空闲或者没有accept的连接。这个清理工作的定时器就是syn ack定时器，而他的间隔是TCP_SYNQ_INTERVAL: 

Java代码  

1. #define TCP_SYNQ_INTERVAL   (HZ/5)  

可以看到它的间隔是每秒5次。 

最后我们要知道导致syn ack段的重传一般有下面两种情况： 

1 3此握手完毕，可是accept 队列已满，此时inet_request_sock的acked域为1. 

2 三次握手并没有完成，也就是最后的ack没有收到。此时inet_request_sock的acked域为0. 

这个函数主要就是用来清理半连接队列中的一些老的连接，并重新发送syn-ack. 

现在来看inet_csk_reqsk_queue_prune的实现： 

Java代码  

1. void inet_csk_reqsk_queue_prune(struct sock *parent,  
2.                 const unsigned long interval,  
3.                 const unsigned long timeout,  
4.                 const unsigned long max_rto)  
5. {  
6. ///这里省略了一些变量。  
7. .............................................  
8.   
9.     if (lopt == NULL || lopt->qlen == 0)  
10.         return;  
11. ///首先判断qlen是否已经超过了最大半连接数的一半，这里max_qlen_log是一个最大值的指数。如果超过了则开始计算半连接队列中的老的连接的最大重传次数(syn-ack重传).后面我们就会通过这个值来判断这个连接是否应该丢弃掉。  
12.     if (lopt->qlen>>(lopt->max_qlen_log-1)) {  
13. ///得到young连接的个数  
14.         int young = (lopt->qlen_young<<1);  
15. ///开始计算重试次数，初始值是最大的重传次数。  
16.         while (thresh > 2) {  
17. ///这里表示young连接现在在半连接队列中占据更多得个数。  
18.             if (lopt->qlen < young)  
19.                 break;  
20. ///这里可以看到当young连接的个数越多，thresh会越大，也就是重试次数会越大，而当young连接的个数越小，重试的次数就越小。这里很好得体现了我们需要保持young连接在半连接队列中的个数的领先。  
21.             thresh--;  
22.             young <<= 1;  
23.         }  
24.     }  
25.   
26. ///如果用户设置了tcp_defer_accept选项，则设置最大重试次数为rskq_defer_accept  
27.     if (queue->rskq_defer_accept)  
28.         max_retries = queue->rskq_defer_accept;  
29.   
30. ///计算我们需要检测的半连接队列的个数(由于半连接队列是一个hash链表，并且它的数量可能非常巨大，我们如果每次都遍历全部，那样对协议栈的效率影响太大了，因此我们这里会计算一个预计值(这个值也就是表示遍历几个链表).  
31.     budget = 2 * (lopt->nr_table_entries / (timeout / interval));  
32. ///第一次clock_hand的值会为0,可是每次遍历完半连接队列，我们就会把最后的i，也就是最后一个hash链表的位置付给clock_hand，从而下一次遍历会从这里开始。  
33.     i = lopt->clock_hand;  
34.   
35. ///开始遍历半连接队列。  
36.     do {  
37. ///取出链表。  
38.         reqp=&lopt->syn_table[i];  
39. ///遍历链表  
40.         while ((req = *reqp) != NULL) {  
41. ///首先判断这个request是否已经超时。这里要注意req->expires和syn-ack定时器的超时时间是不同的，它表示这个半连接的超时时间。每个半连接都有可能不同。  
42.             if (time_after_eq(now, req->expires)) {  
43. /*1 接下来判断重试次数是否小于thresh. 
44. * 2 acked域是否被设置(也就是表示accept队列已满)，并且重试次数小于最大重试次数。 
45. * 3 重发syn ack是否成功。 
46. * 第1个和第二个判断是或的关系，而与第三个判断是与的关系。 
47. */  
48.                 if ((req->retrans < thresh ||  
49.                      (inet_rsk(req)->acked && req->retrans < max_retries))  
50.                     && !req->rsk_ops->rtx_syn_ack(parent, req)) {  
51. ///到达这里重新发送syn-ack成功。此时需要更新一些域。  
52.                     unsigned long timeo;  
53. ///重试次数加1,如果第一次重传则将qlen_young见一。也就是说qlen_young保存的就是young连接的个数。  
54.                     if (req->retrans++ == 0)  
55.                         lopt->qlen_young--;  
56. ///根据重传次数更新超时值(这里就是增大超时时间)。  
57.                     timeo = min((timeout << req->retrans), max_rto);  
58.                     req->expires = now + timeo;  
59.                     reqp = &req->dl_next;  
60.                     continue;  
61.                 }  
62.   
63. ///否则从半连接队列中，丢掉这个连接。  
64.                 inet_csk_reqsk_queue_unlink(parent, req, reqp);  
65.                 reqsk_queue_removed(queue, req);  
66.                 reqsk_free(req);  
67.                 continue;  
68.             }  
69.             reqp = &req->dl_next;  
70.         }  
71. ///更新i，这里是为了循环处理，下面的图会很直观说明这个。  
72.         i = (i + 1) & (lopt->nr_table_entries - 1);  
73.   
74.     } while (--budget > 0);  
75. ///更新clock_hand.  
76.     lopt->clock_hand = i;  
77. ///重启定时器  
78.     if (lopt->qlen)  
79.         inet_csk_reset_keepalive_timer(parent, interval);  
80. }  

下面这个图就是syn ack定时器的schedule。 




最后我们来看 time_wait定时器。 

我们知道当主动发起close的那端进入time_wait状态后，需要等待2个MSL那么长的时间，才能完全关闭这个连接。 

而这个定时器什么时候被激活呢，当我们调用tcp_fin(以后我们会详细分析tcp连接的断开过程)或者tcp_close时，如果我们处于TCP_FIN_WAIT2状态，这时就会调用tcp_time_wait来启动这个定时器。 

当我们进入TIME_WAIT状态，我们需要等待2个msl，才能完全关闭这个连接。linux实现这个是将所有的处于TW状态的sock放在了inet_ehash_bucket hash表的twchain中(详见前面的blog). 

在linux中有两种途径执行tw定时器,其实也就是定时器的等待时间，一种就是2个msl，一种是基于RTO，计算出来的超时时间。选取哪一种依赖于下面的两个条件： 

1 是否TW状态的sock recyle被允许.(也就是sysctl_tw_recycle被打开) 
2 我么能够记住最近的段的时间戳。 

如果上面两个环境都能满足，我们则调用tcp_v4_remember_stamp来检测是否对端的信息我们有保存。如果有保存，我们就进入recycle模式。 

下面就来看tcp_time_wait的实现。 

Java代码  

1. void tcp_time_wait(struct sock *sk, int state, int timeo)  
2. {  
3.     struct inet_timewait_sock *tw = NULL;  
4.     const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);  
5.     const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);  
6.     int recycle_ok = 0;  
7. ///判断是否要进入recycle模式。  
8.     if (tcp_death_row.sysctl_tw_recycle && tp->rx_opt.ts_recent_stamp)  
9.         recycle_ok = icsk->icsk_af_ops->remember_stamp(sk);  
10. ///检测tw状态的sock的桶的数目是否已经到达限制。如果没有则alloc一个tw。  
11.     if (tcp_death_row.tw_count < tcp_death_row.sysctl_max_tw_buckets)  
12.         tw = inet_twsk_alloc(sk, state);  
13.   
14.     if (tw != NULL) {  
15. ///复制相关的属性到tcptw和tw的域。  
16.         struct tcp_timewait_sock *tcptw = tcp_twsk((struct sock *)tw);  
17. ///这里重新计算RTO.  
18.         const int rto = (icsk->icsk_rto << 2) - (icsk->icsk_rto >> 1);  
19.   
20.         tw->tw_rcv_wscale    = tp->rx_opt.rcv_wscale;  
21.         tcptw->tw_rcv_nxt    = tp->rcv_nxt;  
22.         tcptw->tw_snd_nxt    = tp->snd_nxt;  
23.         tcptw->tw_rcv_wnd    = tcp_receive_window(tp);  
24.         tcptw->tw_ts_recent  = tp->rx_opt.ts_recent;  
25.         tcptw->tw_ts_recent_stamp = tp->rx_opt.ts_recent_stamp;  
26.   
27.         /* Linkage updates. */  
28. ///这里将tw链接到tcp_hashinfo这个hash链表的tw chain中，而这个链表就是我们前面blog讲过的全局的包含所有sock的hash表struct inet_hashinfo;  
29.         __inet_twsk_hashdance(tw, sk, &tcp_hashinfo);  
30.   
31. ///超时时间不能小于rto。  
32.         if (timeo < rto)  
33.             timeo = rto;  
34. ///是否是recycle模式  
35.         if (recycle_ok) {  
36. ///如果是则tw等待时间为RTO  
37.             tw->tw_timeout = rto;  
38.         } else {  
39. ///否则就设置超时时间为TCP_TIMEWAIT_LEN  
40.             tw->tw_timeout = TCP_TIMEWAIT_LEN;  
41.             if (state == TCP_TIME_WAIT)  
42.                 timeo = TCP_TIMEWAIT_LEN;  
43.         }  
44. ///开始schedule TW状态的sock。  
45.         inet_twsk_schedule(tw, &tcp_death_row, timeo,  
46.                    TCP_TIMEWAIT_LEN);  
47.         inet_twsk_put(tw);  
48.     } else {  
49.   
50.         LIMIT_NETDEBUG(KERN_INFO "TCP: time wait bucket table overflow\n");  
51.     }  
52.   
53.     tcp_update_metrics(sk);  
54.     tcp_done(sk);  
55. }  

我们这里对TW定时器介绍的比较简略，后面当我们详细介绍tcp的关闭的4次握手时，会详细分析tw状态，倒是还会再联系这边进行分析。