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从零写OS（四十五）：TCP 服务端——bind/listen/accept

Tue, 02 Jun 2026 11:00:00 +0000

前面几章都是做 TCP 客户端——发 SYN、连接、发请求、收响应。这章反过来，让内核能作为 TCP 服务端：监听端口，接受连接，响应请求。

客户端 vs 服务端的区别

客户端：主动发 SYN，等待 SYN-ACK。

服务端：被动等待 SYN，收到后发 SYN-ACK，等 ACK 完成三次握手，然后通过 accept() 把新连接交给应用层。

关键区别在于：服务端有两种 socket 角色——

角色	职责
监听 socket（listen fd）	绑定端口，等待连接请求
连接 socket（accept fd）	每个客户端连接对应一个，负责实际数据收发

三步接口

bind(fd, &sa, len)    // 绑定本地端口
listen(fd, backlog)   // 进入监听状态
accept(fd, &sa, &len) // 阻塞，等到有连接，返回新 fd

数据结构

tcp_sock_t 加了几个字段：

int  is_listener;
int  accept_queue[8];   // 存已完成三次握手的连接 index
uint32_t accept_head, accept_tail;

还新增了两个状态：

TCP_LISTEN：监听中，等待 SYN
TCP_SYN_RECV：收到 SYN 已回 SYN-ACK，等最终 ACK

核心流程

1. 收到 SYN

tcp_handle() 里单独处理 SYN：

if ((tcp->flags & TCP_SYN) && !(tcp->flags & TCP_ACK)) {
    // 找到监听该端口的 socket
    // 分配新连接 slot
    ns->state       = TCP_SYN_RECV;
    ns->local_port  = dport;
    ns->remote_port = sport;
    ns->remote_ip   = src_ip;
    ns->ack         = ntohl(tcp->seq) + 1;  // 下次要 ACK 的序号
    ns->syn_seq     = 0xABCD1234;
    ns->snd_una = ns->snd_nxt = ns->syn_seq;
    tcp_send_seg(ns, ns->syn_seq, TCP_SYN | TCP_ACK, 0, 0);
}

2. 收到最终 ACK（完成三次握手）

if (s->state == TCP_SYN_RECV && (tcp->flags & TCP_ACK)) {
    if (ack_val == s->syn_seq + 1) {
        s->snd_una = s->snd_nxt = ack_val;
        s->state = TCP_ESTABLISHED;
        // 放入监听 socket 的 accept queue
        ls->accept_queue[ls->accept_tail % 8] = i;
        ls->accept_tail++;
    }
}

3. accept() 取连接

int tcp_accept(int s, ...) {
    tcp_sock_t *ls = &tcp_socks[s];
    while (ls->accept_head == ls->accept_tail) {
        sti; net_poll(); cli;   // 阻塞等待
    }
    int ni = ls->accept_queue[ls->accept_head++ % 8];
    return ni;
}

测试

写了一个简单的 HTTP 服务端程序：

从零写OS（四十四）：UDP Socket + DNS 解析

Tue, 02 Jun 2026 10:00:00 +0000

上一章（四十三）把 TCP 重传做好了。这一章加两个新功能：UDP socket 用户空间接口 和 DNS 解析 syscall，让用户程序可以用域名来连接服务器。

目标

内核里其实早就有 udp_send 和 dns_resolve 这两个函数了，但用户程序用不到，因为没有对应的 syscall。这章要做的就是把这两个内核能力"打通"到用户空间：

socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0) → 分配一个 UDP socket，返回 fd 200+
sendto / recvfrom → 通过 UDP socket 收发数据
SYS_DNS_RESOLVE（自定义 syscall 500）→ 通过域名查 IP

UDP Socket 设计

UDP 比 TCP 简单很多：无连接、无状态机、无重传。核心是一个接收队列：内核收到 UDP 包时，把它放进对应 socket 的队列，用户程序再来取。

typedef struct {
    uint32_t src_ip;
    uint16_t src_port;
    uint16_t len;
    uint8_t  data[512];      // 每个包最多 512 字节
} udp_pkt_entry_t;

typedef struct {
    int              used;
    uint16_t         local_port;
    udp_pkt_entry_t  queue[4];  // 最多暂存 4 个包
    uint32_t         qhead, qtail;
} udp_sock_t;

队列用无限增长的 qhead/qtail 计数（不是环形下标），访问时用 % UDP_PKT_MAX，满了就丢包：

从零写OS（四十三）：TCP 重传 —— 丢包了也能传完

Mon, 01 Jun 2026 10:00:00 +0000

上一章（四十二）修了一堆 busybox 相关的 bug，让 ls/exec/wait 都能正常工作，wget_test 也能跑通 HTTP。但那时的 TCP 实现有个隐患：一旦丢包，传输就会永远卡住。这一章把重传机制做完整。

原代码的问题

ch42 的 tcp_send_raw 函数身兼数职：构造 TCP 包、发送、存入发送缓冲区、推进 snd_nxt。

static void tcp_send_raw(tcp_sock_t *s, uint8_t flags, const void *data, uint16_t dlen) {
    ...发包...
    if (dlen) {
        ...存 sbuf...
        s->snd_nxt += dlen;
    }
    if (flags & (TCP_SYN | TCP_FIN)) s->seq++;   // 推进 seq
    if (dlen) s->seq += dlen;                     // 又推进一次！
}

问题一：seq 和 snd_nxt 是两个字段，但都在追踪"下一个要发的序号"，语义重复，而且 seq 被推进了两次（SYN/FIN 一次、数据一次）。

问题二：重传时的代码非常丑陋：

uint32_t saved_seq = s->seq;
uint32_t saved_nxt = s->snd_nxt;
s->seq     = s->snd_una;
s->snd_nxt = s->snd_una;
tcp_send_raw(s, TCP_PSH | TCP_ACK, rtbuf, chunk);
s->snd_nxt = saved_nxt;   // 手动恢复
s->seq     = saved_seq;

这种"临时改状态再恢复"的方式容易出错，而且没有指数退避。

从零写OS（三十七）：网络栈 —— e1000 驱动 + ARP/IP/TCP + Socket

Fri, 22 May 2026 08:00:00 +0000

文件系统能读写了，这一章加网络支持。目标是实现一个最小 TCP/IP 栈，让用户程序能通过 socket 发送 HTTP 请求并收到响应。

验证方式：

/ # wget_test
wget_test start
connecting...
connected!
request sent
HTTP/1.0 200 OK
...
DONE

架构概览

用户程序（wget_test）
  ↕ syscall: socket/connect/write/read/close
内核 socket 层（net.c）
  ↕ tcp_connect / tcp_send / tcp_recv / tcp_close
TCP 层（net.c）
  ↕ 以太网帧收发
ARP 层（net.c）
  ↕ e1000_send / e1000_recv
e1000 网卡驱动（e1000.c）
  ↕ MMIO + DMA
QEMU e1000 虚拟网卡（-netdev user,id=net0 -device e1000,netdev=net0）

PCI 枚举

e1000 通过 PCI 总线连接。内核在启动时枚举 PCI 设备：

void pci_enumerate(void) {
    for (bus=0; bus<256; bus++)
        for (dev=0; dev<32; dev++)
            for (fn=0; fn<8; fn++) {
                uint16_t vendor = pci_read16(bus, dev, fn, 0);
                if (vendor == 0xFFFF) continue;
                // 记录 vendor/device/bar0
            }
}

e1000 的 vendor=0x8086，device=0x100E。BAR0 是 MMIO 基地址（通常 0xFEBC0000）。