主要内容：零窗口探测定时器的实现。
内核版本：3.15.2
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出现以下情况时，TCP接收方的接收缓冲区将被塞满数据：
发送方的发送速度大于接收方的接收速度。
接收方的应用程序未能及时从接收缓冲区中读取数据。
当接收方的接收缓冲区满了以后，会把响应报文中的通告窗口字段置为0，从而阻止发送方的继续发送，
这就是TCP的流控制。当接收方的应用程序读取了接收缓冲区中的数据以后，接收方会发送一个ACK，通过
通告窗口字段告诉发送方自己又可以接收数据了，发送方收到这个ACK之后，就知道自己可以继续发送数据了。
Q：那么问题来了，当接收方的接收窗口重新打开之后，如果它发送的ACK丢失了，发送方还能得知这一消息吗？
A：答案是不能。正常的ACK报文不需要确认，因而也不会被重传，如果这个ACK丢失了，发送方将无法得知对端
的接收窗口已经打开了，也就不会继续发送数据。这样一来，会造成传输死锁，接收方等待对端发送数据包，而发送
方等待对端的ACK，直到连接超时关闭。
为了避免上述情况的发生，发送方实现了一个零窗口探测定时器，也叫做持续定时器：
当接收方的接收窗口为0时，每隔一段时间，发送方会主动发送探测包，通过迫使对端响应来得知其接收窗口有无打开。
这就是山不过来，我就过去：）
激活
(1) 发送数据包时
在发送数据包时，如果发送失败，会检查是否需要启动零窗口探测定时器。
tcp_rcv_established
|--> tcp_data_snd_check
|--> tcp_push_pending_frames
static inline void tcp_push_pending_frames(struct sock *sk)
{
if (tcp_send_head(sk)) { /* 发送队列不为空 */
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
__tcp_push_pending_frames(sk, tcp_current_mss(sk), tp->nonagle);
}
}
/* Push out any pending frames which were held back due to TCP_CORK
* or attempt at coalescing tiny packets.
* The socket must be locked by the caller.
*/
void __tcp_push_pending_frames(struct sock *sk, unsigned int cur_mss, int nonagle)
{
/* If we are closed, the bytes will have to remain here.
* In time closedown will finish, we empty the write queue and
* all will be happy.
*/
if (unlikely(sk->sk_state == TCP_CLOSE))
return;
/* 如果发送失败 */
if (tcp_write_xmit(sk, cur_mss, nonagle, 0, sk_gfp_atomic(sk, GFP_ATOMIC)))
tcp_check_probe_timer(sk); /* 检查是否需要启用0窗口探测定时器*/
}
当网络中没有发送且未确认的数据包，且本端有待发送的数据包时，启动零窗口探测定时器。
为什么要有这两个限定条件呢？
如果网络中有发送且未确认的数据包，那这些包本身就可以作为探测包，对端的ACK即将到来。
如果没有待发送的数据包，那对端的接收窗口为不为0根本不需要考虑。
static inline void tcp_check_probe_timer(struct sock *sk)
{
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
const struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* 如果网络中没有发送且未确认的数据段，并且零窗口探测定时器尚未启动，
* 则启用0窗口探测定时器。
*/
if (! tp->packets_out && ! icsk->icsk_pending)
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0,
icsk->icsk_rto, TCP_RTO_MAX);
}
(2) 接收到ACK时
tcp_ack()用于处理接收到的带有ACK标志的段，会检查是否要删除或重置零窗口探测定时器。
static int tcp_ack (struct sock *sk, const struct sk_buff *skb, int flag)
{
...
icsk->icsk_probes_out = 0; /* 清零探测次数，所以如果对端有响应ACK，实际上是没有次数限制的 */
tp->rcv_tstamp = tcp_time_stamp; /* 记录最近接收到ACK的时间点，用于保活定时器 */
/* 如果之前网络中没有发送且未确认的数据段 */
if (! prior_packets)
goto no_queue;
...
no_queue:
/* If data was DSACKed, see if we can undo a cwnd reduction. */
if (flag & FLAG_DSACKING_ACK)
tcp_fastretrans_alert(sk,acked, prior_unsacked, is_dupack, flag);
/* If this ack opens up a zero window, clear backoff.
* It was being used to time the probes, and is probably far higher than
* it needs to be for normal retransmission.
*/
/* 如果还有待发送的数据段，而之前网络中却没有发送且未确认的数据段，
* 很可能是因为对端的接收窗口为0导致的，这时候便进行零窗口探测定时器的处理。
*/
if (tcp_send_head(sk))
/* 如果ACK打开了接收窗口，则删除零窗口探测定时器。否则根据退避指数，给予重置 */
tcp_ack_probe(sk);
}
接收到一个ACK的时候，如果之前网络中没有发送且未确认的数据段，本端又有待发送的数据段，
说明可能遇到对端接收窗口为0的情况。
这个时候会根据此ACK是否打开了接收窗口来进行零窗口探测定时器的处理：
1. 如果此ACK打开接收窗口。此时对端的接收窗口不为0了，可以继续发送数据包。
那么清除超时时间的退避指数，删除零窗口探测定时器。
2. 如果此ACK是接收方对零窗口探测报文的响应，且它的接收窗口依然为0。那么根据指数退避算法，
重新设置零窗口探测定时器的下次超时时间，超时时间的设置和超时重传定时器的一样。
#define ICSK_TIME_PROBE0 3 /* Zero window probe timer */
static void tcp_ack_probe(struct sock *sk)
{
const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
/* Was it a usable window open ?
* 对端是否有足够的接收缓存，即我们能否发送一个包。
*/
if (! after(TCP_SKB_CB(tcp_send_head(sk))->end_seq, tcp_wnd_end(tp))) {
icsk->icsk_backoff = 0; /* 清除退避指数 */
inet_csk_clear_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0); /* 清除零窗口探测定时器*/
/* Socket must be waked up by subsequent tcp_data_snd_check().
* This function is not for random using!
*/
} else { /* 否则根据退避指数重置零窗口探测定时器 */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0,
min(icsk->icsk_rto << icsk->icsk_backoff, TCP_RTO_MAX), TCP_RTO_MAX);
}
}
/* 返回发送窗口的最后一个字节序号 */
/* Returns end sequence number of the receiver's advertised window */
static inline u32 tcp_wnd_end(const struct tcp_sock *tp)
{
return tp->snd_una + tp->snd_wnd;
}
超时处理函数
icsk->icsk_retransmit_timer可同时作为：超时重传定时器、ER延迟定时器、PTO定时器，
还有零窗口探测定时器，它们的超时处理函数都为tcp_write_timer_handler()，在函数内则
根据超时事件icsk->icsk_pending来做区分。
具体来说，当网络中没有发送且未确认的数据段时，icsk->icsk_retransmit_timer才会用作零窗口探测定时器。
而其它三个定时器的使用场景则相反，只在网络中有发送且未确认的数据段时使用。
和超时重传定时器一样，零窗口探测定时器也使用icsk->icsk_rto和退避指数来计算超时时间。
void tcp_write_timer_handler(struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
int event;
/* 如果连接处于CLOSED状态，或者没有定时器在计时 */
if (sk->sk_state == TCP_CLOSE || !icsk->icsk_pending)
goto out;
/* 如果定时器还没有超时，那么继续计时 */
if (time_after(icsk->icsk_timeout, jiffies)) {
sk_reset_timer(sk, &icsk->icsk_retransmit_timer, icsk->icsk_timeout);
goto out;
}
event = icsk->icsk_pending; /* 用于表明是哪种定时器 */
switch(event) {
case ICSK_TIME_EARLY_RETRANS: /* ER延迟定时器触发的 */
tcp_resume_early_retransmit(sk); /* 进行early retransmit */
break;
case ICSK_TIME_LOSS_PROBE: /* PTO定时器触发的 */
tcp_send_loss_probe(sk); /* 发送TLP探测包 */
break;
case ICSK_TIME_RETRANS: /* 超时重传定时器触发的 */
icsk->icsk_pending = 0;
tcp_retransmit_timer(sk);
break;
case ICSK_TIME_PROBE0: /* 零窗口探测定时器触发的 */
icsk->icsk_pending = 0;
tcp_probe_timer(sk);
break;
}
out:
sk_mem_reclaim(sk);
}
可见零窗口探测定时器的真正处理函数为tcp_probe_timer()。
static void tcp_probe_timer(struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
int max_probes;
/* 如果网络中有发送且未确认的数据包，或者没有待发送的数据包。
* 这个时候不需要使用零窗口探测定时器。前一种情况时已经有现成的探测包了，
* 后一种情况中根本就不需要发送数据了。
*/
if (tp->packets_out || ! tcp_send_head(sk)) {
icsk->icsk_probes_out = 0; /* 清零探测包的发送次数 */
return;
}
/* icsk_probes_out is zeroed by incoming ACKs even if they advertise zero window.
* Hence, connection is killed only if we received no ACKs for normal connection timeout.
* It is not killed only because window stays zero for some time, window may be zero until
* armageddon and even later. We are full accordance with RFCs, only probe timer combines
* both retransmission timeout and probe timeout in one bottle.
*/
max_probes = sysctl_tcp_retries2; /* 当没有收到ACK时，运行发送探测包的最大次数，之后连接超时 */
if (sock_flag(sk, SOCK_DEAD)) { /* 如果套接口即将关闭 */
const int alive = ((icsk->icsk_rto << icsk->icsk_backoff) < TCP_RTO_MAX);
max_probes = tcp_orphan_retries(sk, alive); /* 决定重传的次数 */
/* 如果当前的孤儿socket数量超过tcp_max_orphans，或者内存不够时，关闭此连接 */
if (tcp_out_of_resource(sk, alive || icsk->icsk_probes_out <= max_probes))
return;
}
/* 如果发送出的探测报文的数目达到最大值，却依然没有收到对方的ACK时，关闭此连接 */
if (icsk->icsk_probes_out > max_probes) { /* 实际上每次收到ACK后，icsk->icsk_probes_out都会被清零 */
tcp_write_err(sk);
} else {
/* Only send another probe if we didn't close things up. */
tcp_send_probe0(sk); /* 发送零窗口探测报文 */
}
}
发送0 window探测报文和发送Keepalive探测报文用的是用一个函数tcp_write_wakeup()：
1. 有新的数据段可供发送，且对端接收窗口还没被塞满。发送新的数据段，来作为探测包。
2. 没有新的数据段可供发送，或者对端的接收窗口满了。发送序号为snd_una - 1、长度为0的ACK包作为探测包。
和保活探测定时器不同，零窗口探测定时器总是使用第二种方法，因为此时对端的接收窗口为0。
所以会发送一个序号为snd_una - 1、长度为0的ACK包，对端收到此包后会发送一个ACK响应。
如此一来本端就能够知道对端的接收窗口是否打开了。
/* A window probe timeout has occurred.
* If window is not closed, send a partial packet else a zero probe.
*/
void tcp_send_probe0(struct sock *sk)
{
struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
int err;
/* 发送一个序号为snd_una - 1，长度为0的ACK包作为零窗口探测报文 */
err = tcp_write_wakeup(sk);
/* 如果网络中有发送且未确认的数据包，或者没有待发送的数据包。
* 这个时候不需要使用零窗口探测定时器。前一种情况时已经有现成的探测包了，
* 后一种情况中根本就不需要发送数据了。check again 8)
*/
if (tp->packets_out || ! tcp_send_head(sk)) {
/* Cancel probe timer, if it is not required. */
icsk->icsk_probes_out = 0;
icsk->icsk_backoff = 0;
return;
}
/* err：0成功，-1失败 */
if (err < = 0) {
if (icsk->icsk_backoff < sysctl_tcp_retries2)
icsk->icsk_backoff++; /* 退避指数 */
icsk->icsk_probes_out++; /* 探测包的发送次数 */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0, min(icsk->icsk_rto << icsk->icsk_backoff,
TCP_RTO_MAX), TCP_RTO_MAX); /* 重置零窗口探测定时器 */
} else { /* 如果由于本地拥塞导致无法发送探测包 */
/* If packet was not sent due to local congestion,
* do not backoff and do not remember icsk_probes_out.
* Let local senders to fight for local resources.
* Use accumulated backoff yet.
*/
if (! icsk->icsk_probes_out)
icsk->icsk_probes_out = 1;
/* 使零窗口探测定时器更快的超时 */
inet_csk_reset_xmit_timer(sk, ICSK_TIME_PROBE0,
min(icsk->icsk_rto << icsk->icsk->icsk_backoff, TCP_RESOURCE_PROBE_INTERVAL),
TCP_RTO_MAX);
}
}