主要内容：TCP的快速确认、TCP_QUICKACK选项的实现。
内核版本：3.15.2
我的博客：http://blog.csdn.net/zhangskd
快速确认模式
(1) 进入快速确认模式
设置快速确认模式标志，设置在快速确认模式中可以发送的ACK数量。
static void tcp_enter_quickack_mode (struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
tcp_incr_quickack(sk); /* 设置在快速确认模式中可以发送的ACK数量 */
icsk->icsk_ack.pingpong = 0; /* 快速确认模式的标志 */
icsk->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN; /* ACK超时时间 */
}
在快速确认模式中，可以发送的ACK数量是有限制的，具体额度为icsk->icsk_ack.quick。
所以进入快速确认模式时，需要设置可以快速发送的ACK数量，一般允许快速确认半个接收窗口的数据量，
但最多不能超过16个，最少为2个。
static void tcp_incr_quickack (struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* 可以快速确认半个接收窗口的数据量 */
unsigned int quickacks = tcp_sk(sk)->rcv_wnd / (2 * icsk->icsk_ack.rcv_mss);
if (quickacks == 0)
quckacks = 2; /* 最少为2个 */
if (quickacks > icsk->icsk_ack.quick)
icsk->icsk_ack.quick = min(quickacks, TCP_MAX_QUICKACKS); /* 最多不能超过16个 */
}
/* Maximal number of ACKs sent quickly to accelerate slow-start. */
#define TCP_MAX_QUICKACKS 16U
(2) 检查是否处于快速确认模式。
如果设置了快速确认标志，且快速确认模式中可以发送的ACK数量不为0，就判断连接处于快速确认模式中，
允许立即发送ACK。
/* Send ACKs quickly, if "quick" count is not exhausted and the session is not interactive. */
static inline bool tcp_in_quickack_mode (const struct sock *sk)
{
const struct inet_connectionsock *icsk = inet_csk(sk);
/* 如果快速确认模式中可以发送的ACK数量不为0，且设置了快速确认标志 */
return icsk->icsk_ack.quick && ! icsk->icsk_ack.pingpong;
}
快速ACK的发送
在tcp_rcv_established()中，如果没有通过TCP的首部预测，就会执行慢速路径来处理接收到的报文。
处理完接收到的报文之后，会调用tcp_data_snd_check()来检查是否需要发送数据，以及是否需要扩大发送缓存。
然后调用tcp_ack_snd_check()来检查是否需要发送ACK，以及是使用快速确认还是延迟确认。
同样的在通过TCP首部预测的快速路径中，也会调用__tcp_ack_snd_check()来发送快速确认或延迟确认。
static inline void tcp_ack_snd_check(struct sock *sk)
{
/* 如果没有ACK需要发送 */
if (! inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
/* We sent a data segment already. */
return;
}
__tcp_ack_snd_check(sk, 1); /* 决定要发送快速确认还是延迟确认 */
}
如果此时符合以下任一条件，可以立即发送ACK，即进行快速确认：
1. 接收缓冲区中有一个以上的全尺寸数据段仍然是NOT ACKed，并且接收窗口变大了。
所以一般收到了两个数据包后，会发送ACK，而不是对每个数据包都进行确认。
2. 此时处于快速确认模式中。
3. 乱序队列不为空。
/* Check if sending an ack is needed. */
static void __tcp_ack_snd_check (struct sock *sk, int ofo_possible)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
/* 符合以下任一条件，可以立即发送ACK：
* 1. 接收缓冲区中有一个以上的全尺寸数据段仍然是NOT ACKed，并且接收窗口变大了。
* 2. 此时处于快速确认模式中。
* 3. 乱序队列不为空。
*/
/* More than one full frame received... */
if (((tp->rcv_nxt - tp->rcv_wup) > inet_csk(sk)->icsk_ack.rcv_mss &&
/* ... and right edge of window advances far enough.
* (tcp_recvmsg() will send ACK otherwise). Or ...
*/
__tcp_select_window(sk) >= tp->rcv_wnd) ||
/* We ACK each frame or ... */
tcp_in_quickack_mode(sk) ||
/* We have out of order data. */
(ofo_possible && skb_peek(&tp->out_of_order_queue))) {
/* Then ack it now. */
tcp_send_ack(sk); /* 立即发送ACK */
} else {
/* Else, send delayed ack. */
tcp_send_delayed_ack(sk); /* 延迟ACK的发送，见下一篇blog：） */
}
}
ACK的发送函数为tcp_send_ack()，如果发送失败会启动ACK延迟定时器。
/* This routine sends an ack and also updates the window. */
void tcp_send_ack (struct sock *sk)
{
struct sk_buff *buff;
/* If we have been reset, we may not send again. */
if (sk->sk_state == TCP_CLOSE)
return;
/* We are not putting this on the write queue, so tcp_transmit_skb()
* will set the ownership to this sock.
*/
buff = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC));
if (buff == NULL) { /* 分配skb失败 */
inet_csk_schedule_ack(sk); /* 设置标志位，表示有ACK需要发送 */
inet_csk(sk)->icsk_ack.ato = TCP_ATO_MIN; /* 重置ATO */
/* 设置延迟确认定时器，超时时间为200ms */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_DACK, TCP_DELACK_MAX, TCP_RTO_MAX);
return;
}
/* Reserve space for headers and prepare control bits. */
skb_reserve(buff, MAX_TCP_HEADER); /* 设置报文头部的空间 */
/* 初始化不携带数据的skb的一些控制字段 */
tcp_init_nondata_skb(buff, tcp_acceptable_seq(sk), TCPHDR_ACK);
/* Send it off, this clears delayed acks for us. */
TCP_SKB_CB(buff)->when = tcp_time_stamp;
tcp_transmit_skb(sk, buff, 0, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC));
}
/* 设置标志位，表示有ACK需要发送。*/
static inline void inet_csk_schedule_ack (struct sock *sk)
{
inet_csk(sk)->icsk_ack.pending |= ICSK_ACK_SCHED;
}
/* Maximal time to delay before sending an ACK.
* Delayed ACK的最大延迟时间，一般为200ms
*/
#define TCP_DELACK_MAX ((unsigned) (HZ/5))
/* Delayed ACK的最小延迟时间，一般为40ms */
#define TCP_DELACK_MIN ((unsigned) (HZ/25))
TCP_QUICKACK选项
TCP_QUICKACK用于让本端立即发送ACK，而不进行延迟确认。
需要注意的是，这个选项并不是持久的，之后还是有可能进入延迟确认模式的。
所以如果需要一直进行快速确认，要在每次调用接收函数后都进行选项设置。
int quickack = 1; /* 启用快速确认，如果赋值为0表示使用延迟确认 */
setsockopt(fd, SOL_TCP, TCP_QUICKACK, &quickack, sizeof(quickack));
#define TCP_QUICKACK 12 /* Block / reenable quick acks */
static int do_tcp_setsockopt(struct sock *sk, int level, int optname, char __user *optval,
unsigned int optlen)
{
...
case TCP_QUICKACK:
if (! val) {
icsk->icsk_ack.pingpong = 1; /* 禁用快速确认模式 */
} else {
icsk->icsk_ack.pingpong = 0; /* 启用快速确认模式 */
/* 如果当前有ACK需要发送，就立即发送 */
if (1 << sk->sk_state) & (TCPF_ESTABLISHED | TCPF_CLOSE_WAIT) &&
inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
icsk->icsk_ack.pending |= ICSK_ACK_PUSHED; /* 允许在快速模式中立即发送 */
/* 通常当接收队列中有数据复制到用户空间时，会调用此函数来判断是否需要立即发送ACK。
* 这里的用法比较特殊，由于设置了ICSK_ACK_PUSHED标志，且处于快速确认模式中，
* 必然会立即发送ACK。
*/
tcp_cleanup_rbuf(sk, 1);
/* 如果选项的值为偶数，那么立即退出快速确认模式。
* 原来选项值不限于0和1，还分奇偶的：）
*/
if (! (val & 1))
icsk->icsk_ack.pingpong = 1;
}
}
break;
...
}
当接收队列中有数据复制到用户空间时，会调用tcp_cleanup_rbuf()来判断是否要立即发送ACK。
(1) 如果现在有ACK需要发送，满足以下条件之一，就可以立即发送：
1. icsk->icsk_ack.blocked为1，之前有Delayed ACK被用户进程阻塞了。
2. 接收缓冲区中有一个以上的全尺寸数据段仍然是NOT ACKed (所以经常是收到2个全尺寸段后发送ACK)
3. 本次复制到用户空间的数据量大于0，且满足以下条件之一：
3.1 设置了ICSK_ACK_PUSHED2标志
3.2 设置了ICSK_ACK_PUSHED标志，且处于快速确认模式中
(2) 如果原来没有ACK需要发送，但是现在的接收窗口显著增大了，也需要立即发送ACK通知对端。
这里的显著增大是指：新的接收窗口大小不为0，且比原来接收窗口的剩余量增大了一倍。
/* Clean up the receive buffer for full frames taken by the user,
* then send an ACK if necessary. COPIED is the number of bytes
* tcp_recvmsg has given to the user so far, it speeds up the calculation
* of whether or not we must ACK for the sake of a window update.
*/
void tcp_cleanup_rbuf (struct sock *sk, int copied)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
bool time_to_ack = false;
/* 获取接收队列的头一个数据段 */
struct sk_buff *skb = skb_peek(&sk->sk_receive_queue);
/* copied_seq: Head of yet unread data，应用程序下次从这里开始复制数据。
* 这里检查在发送队列中，已复制到用户空间的数据段是否被清理了。
*/
WARN(skb && !before(tp->copied_seq, TCP_SKB_CB(skb)->end_seq),
"cleanup rbuf bug: copied %X seq %X rcvnxt %X
", tp->copied_seq,
TCP_SKB_CB(skb)->end_seq, tp->rcv_nxt);
/* 如果现在有ACK需要发送，满足以下条件之一则可以立即发送 */
if (inet_csk_ack_scheduled(sk)) {
const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* 1. Delayed ACKs frequently hit locked sockets during bulk receive.
* 2. Once-per-two-segments ACK was not sent by tcp_input.c.
* 3. copied >0 and ICSK_ACK_PUSHED2 set.
* 4. copied > 0 and ICSK_ACK_PUSHED and in quickack mode.
*/
if (icsk->icsk_ack.blocked || tp->rcv_nxt - tp->rcv_wup > icsk->icsk_ack.rcv_mss ||
(copied > 0 && ((icsk->icsk_ack.pending & ICSK_ACK_PUSHED2) ||
((icsk->icsk_ack.pending & ICSK_ACK_PUSHED) && ! icsk->icsk_ack.pingpong)) &&
! atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc)))
time_to_ack = true;
}
/* We send an ACK if we can now advertise a non-zero window which has
* been raised "significantly" - at least twice bigger.
* Even if window raised up to infinity, do not send window open ACK in states,
* where we will not receive more. It is useless.
*/
if (copied > 0 && ! time_to_ack && ! (sk->sk_shutdown & RCV_SHUTDOWN)) {
__u32 rcv_window_now = tcp_receive_window(tp); /* 当前接收窗口的剩余量 */
/* 如果当前接收窗口的剩余量小于最大值的一半 */
if (2 * rcv_window_now <= tp->window_clamp) {
/* 根据剩余的接收缓存，计算新的接收窗口的大小。
* 因为这次复制，很可能空出不少接收缓存，所以新的接收窗口也会相应增大。
*/
__u32 new_window = __tcp_select_window(sk);
/* Send ACK now, if this read freed lots of space in our buffer.
* Certainly, new_window is new window.
* We can advertise it now, if it is not less than current one.
* "Lots" means "at least twice" here.
*/
/* 如果新的接收窗口不为0，且比原来接收窗口的剩余量大了一倍以上，就说接收窗口显著增大了。
* 而当接收窗口显著增大时，也需要立即发送ACK告知对端。
*/
if (new_window && new_window >= 2 * rcv_window_now)
time_to_ack = true;
}
}
if (time_to_ack)
tcp_send_ack(sk); /* 发送ACK给对端 */
}
/* 计算当前接收窗口的剩余量 */
/* Compute the actual receive window we are currently advertising.
* Rcv_nxt can be after the window if our peer push more data than
* the offered window.
*/
static inline u32 tcp_receive_window (const struct tcp_sock *tp)
{
s32 win = tp->rcv_wup + tp->rcv_wnd - tp->rcv_nxt;
if (win < 0)
win = 0;
return (u32) win;
}