linux网络报文接收发送浅析.docx

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linux网络报文接收发送浅析

linux网络报文接收发送浅析 对于linux内核来说,网络报文由网络设备来进行接收。设备驱动程序从网络设备中读取报文,通过内核提供的网络接口函数,将报文传递到内核中的网络协议栈。报文经过协议栈的处理,或转发、或丢弃、或被传送给某个进程。 网络报文的发送与之相反,进程通过系统调用将数据送入网络协议栈,或者由网络协议栈自己发起报文的发送,然后协议栈通过调用网络接口函数来调度驱动程序,使其将报文传送给网络设备,从而发送出去。 本文讨论的是网络接口层,它是网络设备驱动程序与网络协议栈交互的纽带。见下图中红色部分的netif。 报文的接收 网络报文的接收源自网络设备。网络设备在接收到一个报文之后,通过中断告知CPU。网卡驱动程序需要注册对该中断事件的处理函数(参见《 HYPERLINK /_kouu/blog/item/cf25572a651023f3e6cd403b.html \t _blank linux中断处理浅析》),以处理接收到的报文。 在中断处理函数中,网络驱动程序有两种方法对报文进行处理(老式的方法,和新式的方法),我们先介绍老式的处理方式。在这种方式下,中断处理函数主要完成以下工作: 分配一个skb结构(该结构用于保存一个报文)。操作设备,将设备收到的数据拷贝到这个skb结构对应的缓冲区中。设置skb的协议类型skb-protocol,该类型表明了网络协议栈的上层协议(下面我们将会看到)。然后调用内核提供的网络接口函数netif_rx; netif_rx(skb); netif_rx函数对skb的如时间戳这样的附加信息进行初始化以后,将这个skb结构放入当前CPU的softdate_net结构的input_pkt_queue队列中。netif_rx会根据队列的长度,对设备的拥塞状况进行判断(队列过长则代表报文接收过快,以致于上层来不及处理)。如果设备已陷入拥塞,则收到的报文可能直接被丢弃。 如果一切正常,netif_rx会调用网络接口函数netif_rx_schedule,以触发对接收报文的进一步处理; netif_rx_schedule(dev); netif_rx使用softdate_net结构中内嵌的backlog_dev作为dev来调用netif_rx_schedule,后者将其加入到softdate_net结构的poll_list队列中(如果这个dev不在队列中的话),以使其等待被调度。 相比老式??处理方式,新式的处理方式(称为NAPI)在中断处理函数中仅仅是以对应设备的dev结构为参数调用netif_rx_schedule函数即可。 最后netif_rx_schedule函数会触发NET_RX_SOFTIRQ软中断,于是接下来对应的软中断处理函数net_rx_action将被调用; net_rx_action(); 对于当前CPU对应的softdate_net结构的poll_list队列中的所有dev,调用dev-poll方法。该方法是由对应dev的驱动程序实现的,用于接收及处理报文(前面提到的backlog_dev除外)。 net_rx_action每次运行都有一定的限度,并不一定要将所有报文都处理完。在处理完一定数量的报文配额、或处理过程超过一定时间后,net_rx_action便会返回。返回前触发一次NET_RX_SOFTIRQ软中断,等待下一次中断到来的时候继续被调度。 以上过程如图所示(摘自ULNI): 上面提到的softdate_net结构是用于进行报文收发调度的结构,内核为每个CPU维护一个这样的结构。在报文接收过程中用到了其中的三个成员: 1、poll_list,网络设备dev的队列。其中的设备接收到了报文,需要被处理; 2、input_pkt_queue,skb报文结构的队列,保存了已接收并需要被处理的报文; 3、backlog_dev,一个虚拟的网络设备dev结构; 后两个成员是专门为支持老式的处理方式而设置的,在这种方式下,接收到的skb被放入input_pkt_queue队列,然后backlog_dev被加入poll_list。而最后,自然backlog_dev-poll函数将对input_pkt_queue队列中的skb进行处理。backlog_dev-poll等于process_backlog函数; process_backlog(backlog_dev, budget); 既然net_rx_action每次运行都有一个配额,它在调用dev-poll时也会传递当前剩余的配额值,即budget。 process_backlog会遍历input_pkt_queue队列中的skb,调用netif_receive_skb函数对其进行处理。 process_backlog函数有

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