linux 網路套接字

来源:https://www.cnblogs.com/linhaostudy/archive/2019/02/05/10352860.html
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在內核分析網路分組時,底層協議的數據將傳輸到跟高的層。而發送數據的時候順序是相反的。每一層都是通過加(首部+凈荷)傳向跟底層,直至最終發送。 這些操作決定了網路的的性能。 就如下圖所示 linux因此設計了一個結構體 如下代碼 套接字換從區在各個層交換數據,就不用複製數據了。 從以上欄位和註釋可以看 ...


在內核分析網路分組時,底層協議的數據將傳輸到跟高的層。而發送數據的時候順序是相反的。每一層都是通過加(首部+凈荷)傳向跟底層,直至最終發送。

這些操作決定了網路的的性能。

就如下圖所示

image

linux因此設計了一個結構體

如下代碼


/** 
 *  struct sk_buff - socket buffer
 *  @next: Next buffer in list
 *  @prev: Previous buffer in list
 *  @list: List we are on
 *  @sk: Socket we are owned by
 *  @stamp: Time we arrived
 *  @dev: Device we arrived on/are leaving by
 *      @real_dev: The real device we are using
 *  @h: Transport layer header
 *  @nh: Network layer header
 *  @mac: Link layer header
 *  @dst: FIXME: Describe this field
 *  @cb: Control buffer. Free for use by every layer. Put private vars here
 *  @len: Length of actual data
 *  @data_len: Data length
 *  @csum: Checksum
 *  @__unused: Dead field, may be reused
 *  @cloned: Head may be cloned (check refcnt to be sure)
 *  @pkt_type: Packet class
 *  @ip_summed: Driver fed us an IP checksum
 *  @priority: Packet queueing priority
 *  @users: User count - see {datagram,tcp}.c
 *  @protocol: Packet protocol from driver
 *  @security: Security level of packet
 *  @truesize: Buffer size 
 *  @head: Head of buffer
 *  @data: Data head pointer
 *  @tail: Tail pointer
 *  @end: End pointer
 *  @destructor: Destruct function
 *  @nfmark: Can be used for communication between hooks
 *  @nfcache: Cache info
 *  @nfct: Associated connection, if any
 *  @nf_debug: Netfilter debugging
 *  @nf_bridge: Saved data about a bridged frame - see br_netfilter.c
 *      @private: Data which is private to the HIPPI implementation
 *  @tc_index: Traffic control index
 */
 
struct sk_buff {
    /* These two members must be first. */
    struct sk_buff      *next;
    struct sk_buff      *prev;
 
    struct sk_buff_head *list;
    struct sock     *sk;
    struct timeval      stamp;
    struct net_device   *dev;
    struct net_device   *real_dev;
 
    union {
        struct tcphdr   *th;
        struct udphdr   *uh;
        struct icmphdr  *icmph;
        struct igmphdr  *igmph;
        struct iphdr    *ipiph;
        unsigned char   *raw;
    } h;
 
    union {
        struct iphdr    *iph;
        struct ipv6hdr  *ipv6h;
        struct arphdr   *arph;
        unsigned char   *raw;
    } nh;
 
    union {
        struct ethhdr   *ethernet;
        unsigned char   *raw;
    } mac;
 
    struct  dst_entry   *dst;
    struct  sec_path    *sp;
 
    /*
     * This is the control buffer. It is free to use for every
     * layer. Please put your private variables there. If you
     * want to keep them across layers you have to do a skb_clone()
     * first. This is owned by whoever has the skb queued ATM.
     */
    char            cb[48];
 
    unsigned int        len,
                data_len,
                csum;
    unsigned char       local_df,
                cloned,
                pkt_type,
                ip_summed;
    __u32           priority;
    unsigned short      protocol,
                security;
 
    void            (*destructor)(struct sk_buff *skb);
#ifdef CONFIG_NETFILTER
        unsigned long       nfmark;
    __u32           nfcache;
    struct nf_ct_info   *nfct;
#ifdef CONFIG_NETFILTER_DEBUG
        unsigned int        nf_debug;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
    struct nf_bridge_info   *nf_bridge;
#endif
#endif /* CONFIG_NETFILTER */
#if defined(CONFIG_HIPPI)
    union {
        __u32       ifield;
    } private;
#endif
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
       __u32            tc_index;               /* traffic control index */
#endif
 
    /* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */
    unsigned int        truesize;
    atomic_t        users;
    unsigned char       *head,
                *data,
                *tail,
                *end;
};

套接字換從區在各個層交換數據,就不用複製數據了。

從以上欄位和註釋可以看到,head和end欄位指向了buf的起始位置和終止位置。然後使用header指針指像各種協議填值。然後data就是實際數據。tail記錄了數據的偏移值。

相信大家都能看懂註釋,具體的解釋就不用介紹了.,

在一個新的分組產生的時候,TCP層首先在用戶空間中分配記憶體來容納該分組數據。分配的空間大於數據的實際需要長度。因此較低的層可以增加首部,在往下一層走的時候,只需要對欄位添值即可。

對接收分組的一樣,分組數據複製到內核分配的一個記憶體區中。併在分析的過程中一直處於記憶體區中。

skbuf還提供了一個雙向鏈表對這個數據分組進行了管理。

如下代碼

struct sk_buff_head {
    /* These two members must be first. */
    struct sk_buff  *next;
    struct sk_buff  *prev;
 
    __u32       qlen;
    spinlock_t  lock;
};

__u32 qlen; 緩衝區中等待隊列的長度。就是分組的成員數量。

lock 表示了cpu的互斥。

今天分析到此,跟多源碼閱讀去看skbuff.h的文件。


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