Socket全连接、半连接队列与Listen函数的Backlog参数深度解析

当涉及到网络编程和Socket通信时，理解全连接队列和半连接队列是至关重要的。它们是操作系统中用于管理传入连接请求的两个关键概念，而listen()函数中的backlog参数则直接涉及到这两个队列的调节和管理。

全连接队列和半连接队列

全连接队列（Completed Connection Queue）

全连接队列也被称为已完成连接队列，用于存储已经建立好三次握手的连接。当服务器通过accept()函数接受了客户端的连接请求后，该连接会在全连接队列中等待被服务器进程处理。

半连接队列（Half-Open Connection Queue）

半连接队列也称为未完成连接队列，用于存储那些已经收到客户端连接请求并发送了 SYN+ACK 响应，但服务器还没有执行完全的三次握手建立连接的请求。这些连接处于半开放状态，等待服务器进程继续完成连接建立。

`listen()`函数中的`backlog`参数

listen()函数中的backlog参数指定了服务器正在处理的连接队列的最大长度，即全连接队列的长度。这个参数影响着服务器能够同时处理的等待连接的数量。

backlog 的值含义从来就没有被严格定义过。原先 Linux 实现中，backlog 参数定义了该套接字对应的未完成连接队列的最大长度（pending connections)。如果一个连接到达时，该队列已满，客户端将会接收一个 ECONNREFUSED 的错误信息，如果支持重传，该请求可能会被忽略，之后会进行一次重传。

从 Linux 2.2 开始，backlog 的参数内核有了新的语义，它现在定义的是已完成连接队列的最大长度，表示的是已建立的连接（established connection），正在等待被接收（accept 调用返回），而不是原先的未完成队列的最大长度。现在，未完成队列的最大长度值可以通过 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 完成修改，默认值为 128。

至于已完成连接队列，如果声明的 backlog 参数比 /proc/sys/net/core/somaxconn 的参数要大，那么就会使用我们声明的那个值。实际上，这个默认的值为 128。注意在 Linux 2.4.25 之前，这个值是不可以修改的一个固定值，大小也是 128。

设计良好的程序，在 128 固定值的情况下也是可以支持成千上万的并发连接的，这取决于 I/O 分发的效率，以及多线程程序的设计。在后面的性能篇里，我们的目标就是设计这样的程序。

作用和影响

连接队列长度限制：backlog参数限制了等待处理连接的数量，超过这个数量的连接请求可能被拒绝。
性能调节：选择合适的backlog大小有助于平衡服务器的资源利用和性能。设置过小可能会导致客户端连接被拒绝，而设置过大可能会占用更多系统资源。
并发连接数量：backlog控制服务器同时处理的连接数量。如果服务器端无法及时处理连接，超出backlog数量的连接请求将会被拒绝。

示例代码

以下是一个简单的示例展示了listen()函数的基本用法和backlog参数的设置：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>int main() {int serverSocket;int backlog = 10; // 设置backlog大小为10// 创建套接字// 绑定地址// 开始监听，设置backlogif (listen(serverSocket, backlog) == -1) {std::cerr << "Failed to listen on the socket.\n";return -1;}// 接受连接请求并处理连接return 0;
}