tcp的全连接队列和半连接队列满时，客户端再connect发生的情况

首先简单介绍下tcp的全连接队列(accept queue)和半连接队列(syn queue)，
1.客户端发起syn请求时，服务端收到该请求，将其放入到syn queue，然后回复ack+syn给客户端。
2.客户端收到ack+syn，再发送ack给服务端。
3. 服务端从syn queue中查找对应记录，完成连接建立，并且将此记录从半连接队列中删除，然后将建立的连接塞入到accept queue。

上面就是三次握手建立连接的过程，连接建立后，服务端调用accept从accept queue中取出一条连接。

如果服务端发现accept queue满了后，无法塞入，会出现什么情况呢。
为模拟这种情况，可以先将服务端的accept函数注释掉，这样accept queue中的连接无法被消费，从而很快就满了，而且为了快速达到效果，本人在sysctl.conf中，设置net.core.somaxconn=2，即全连接队列的长度为2.

现在100个客户端程序同时执行，如下所示，可以看到服务端的ESTABLISHED的数量是3，不是2。
在这里插入图片描述
为何ESTABLISHED的数量是3，不是2，即刚好比全连接队列的长度大1，这里本人给出自己的看法，即在最后一个连接(即第3个)建立后，再往accept队列塞的时候，发现队列已经满了，所以就不塞了，但是连接已经建立好了。所以数目是队列的长度+1。

可以看出，全连接队列满了后，会出现SYN_RECV的状态，此状态的出现其实标志着全连接队列已经满了。

再过一段时间，可以发现SYN_RECV的状态消失，如下所示：
在这里插入图片描述
本人的sysctl.conf的内容如下：

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=2
net.ipv4.tcp_abort_on_overflow=0
net.core.somaxconn=2
fs.suid_dumpable=1
vm.swappiness=100
net.ipv4.tcp_synack_retries = 8

其中tcp_max_syn_backlog是半连接队列大小，也是2，但是可以看到上面的SYN_RECV的状态数目不是2，也不是3。这块tcp确实设计的很复杂，硬去理解比较头疼，暂时可以不用去管。

上面SYN_RECV和ESTABLISHED的数量是11，剩余的80多个连接，最终由于connect超时而失败。

下面解释下为何SYN_RECV存在一段时间后，最终都消失了。
首先全连接队列满了后，客户端在发起一次SYN后，客户端将此连接放入syn queue；然后发送ack+syn给客户端，客户端ack给服务端。
此时服务端发现全连接队列已经满了，然后就不再认为客户端的ack有效，其重新发送ack+syn给客户端，并且此次发送的ack+syn的序列号(seq)跟之前一样。
之后客户端收到ack+syn，再发送ack给服务端，如此反复若干次，服务端ack+syn重复的次数跟net.ipv4.tcp_synack_retries有关，该次数默认是5。

服务端这样做的目的在于缓冲，避免一下子上来一堆连接，导致连接队列满，后面再连接直接失败。

在这里插入图片描述
如上图所示，10.0.0.60是客户端，64是服务端，注意Time这一列，看上面的时间，6，7,9，13,22,38,70,134。
可以很快算出间隔为1,2，4,8，16,32,64。
即每次客户端ack后，服务端若判断客户端ack无效，则其再次发送ack+syn的间隔时间要在上次的基础上翻倍。
最后一次，服务端发现全连接队列依然是满的，则认为再给客户端发ack+syn失去了意义，所以将此半连接也删掉，从而看不到SYN_RECV状态了。

下面给出客户端和服务端程序的代码，
服务端的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8888                                    //侦听端口地址:8888
#define BACKLOG 20                                    //侦听队列长度:2

extern void process_conn_server(int s);              //服务器对客户端的处理：读取数据并发送响应字符

int main(int argc,char *argv[])
{
        int ss = 0;                                      //ss = server socket = 服务器socket描述符
    int cs = 0;                                      //cs = client socket = 客户端socket描述符
    struct sockaddr_in server_addr;                  //服务器地址结构
    struct sockaddr_in client_addr;                  //客户端地址结构
    int ret = 0;                                     //返回值
    pid_t pid;
        //进程ID
        char buffer[1024];
        ssize_t size = 0;

    /**
     *  Step 2 : 建立套接字
    */
    ss = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);              //创建一个AF_INET族的流类型socket
    if(ss < 0)                                       //检查是否正常创建socket
    {
        perror("socket error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
   
    /**
     *  Step 3 : 设置服务器地址
     *  Note:
     *      htonl()：将主机数转换成无符号长整型的网络字节顺序
     *      htons()：将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序
    */
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));          //清零
    server_addr.sin_family = AF_INET;                 //设置地址族为AF_INET
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //本地地址
        server_addr.sin_port = htons(PORT);               //设置端口号

    /**
     *  Step 4 : 绑定地址结构到套接字描述符
    */
    ret = bind(ss,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
    if (ret < 0)                                      //出错
    {
        perror("bind error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /**
     *  Step 5 : 设置侦听,侦听队列长度为2,可同时处理两个客户端连接请求
    */
    ret = listen(ss,BACKLOG);
    if (ret < 0)                                      //出错
    {
        perror("bind error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /**
     *  Step 6 : 主循环过程
    */
    sleep(6000);
    for(;;)
    {
        /* 接收客户端连接 */
        int addrlen = sizeof(struct sockaddr);
        cs = accept(ss,(struct sockaddr*)&client_addr,&addrlen);
        if(cs < 0)                                    //出错
        {
            continue;                                 //结束本次循环
        }
        sleep(30);

/*
                for(;;)
                {
                        size = read(cs,buffer,1024);                 //从套接字中读取数据放到缓冲区buffer中

                        if(size == 0)                               //没有数据
                        {
                                return;
                        }

                        printf("buffer is %s\n", buffer);
                }
*/



    }
        return 0;
}

客户端的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>

#define PORT 8888                                     //端口地址:8888
#define SERVER_IP "10.0.0.64"

extern void process_conn_client(int s);

int main(int argc,char *argv[])
{
    int s = 0;                                        //socket描述符
    struct sockaddr_in server_addr;                   //服务器地址结构
    int ret = 0;                                      //返回值
    char buf[1024] = {0};
    int i = 0;
    strcpy(buf, "hello world");
    /**
     *  Step 2 : 建立套接字
     */
    s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);                //创建一个AF_INET族的流类型socket
    if(s < 0)                                         //检查是否正常创建socket
    {
        perror("socket error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /**
     *  Step 3 : 设置服务器地址
     */
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));          //清零
    server_addr.sin_family = AF_INET;                 //设置地址族为AF_INET
    inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &(server_addr.sin_addr));
    server_addr.sin_port = htons(PORT);               //设置端口号

    /**
     *  Step 4 : 将用户输入的字符串类型的IP地址转为整型
     */
    //inet_pton(AF_INET,argv[1],&server_addr.sin_addr);

    /**
     *  Step 5 : 连接服务器
     */
    ret = connect(s,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(struct sockaddr));
    if(ret < 0)
    {
        perror("connect error\n");
        printf("errno is %d\n", errno);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("connect succeed\n");
    for(;;)
    {
        sleep(10000000);
        sprintf(buf, "hello world, %d", i);
        i++;
        write(s,buf,strlen(buf)+1);
    }
    close(s);                                         //关闭连接
}