Linux2.6內核協議棧系列--TCP協議1.發送

来源:http://www.cnblogs.com/joey-hua/archive/2016/09/24/5899471.html
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在介紹tcp發送函數之前得先介紹很關鍵的一個結構sk_buff，在linux中，sk_buff結構代表了一個報文： 然後見發送函數源碼，這裡不關註硬體支持的分散-聚集： 詳細的說明見註釋。 註意幾點主要的流程： 1.TCP以1mss為單元來發送數據，最大段大小基於MTU計算獲得，MTU是一個鏈路層的 ...


在介紹tcp發送函數之前得先介紹很關鍵的一個結構sk_buff，在linux中，sk_buff結構代表了一個報文：

然後見發送函數源碼，這裡不關註硬體支持的分散-聚集：

/* sendmsg系統調用在TCP層的實現 */
int tcp_sendmsg(struct kiocb *iocb, struct sock *sk, struct msghdr *msg,
		size_t size)
{
	struct iovec *iov;
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct sk_buff *skb;/*一個報文*/
	int iovlen, flags;
	int mss_now;
	int err, copied;
	long timeo;

	/* 獲取套介面的鎖 */
	lock_sock(sk);
	TCP_CHECK_TIMER(sk);

	/* 根據標誌計算阻塞超時時間 */
	flags = msg->msg_flags;
	timeo = sock_sndtimeo(sk, flags & MSG_DONTWAIT);

	/* Wait for a connection to finish. */
	if ((1 << sk->sk_state) & ~(TCPF_ESTABLISHED | TCPF_CLOSE_WAIT))/* 只有這兩種狀態才能發送消息 */
		if ((err = sk_stream_wait_connect(sk, &timeo)) != 0)/* 其它狀態下等待連接正確建立，超時則進行錯誤處理 */
			goto out_err;

	/* This should be in poll */
	clear_bit(SOCK_ASYNC_NOSPACE, &sk->sk_socket->flags);

	/* 獲得有效的MSS，如果支持OOB，則不能支持TSO，MSS則應當是比較小的值 */
	mss_now = tcp_current_mss(sk, !(flags&MSG_OOB));

	/* Ok commence sending. */
	/* 獲取待發送緩衝區數組指針及其長度 */
	iovlen = msg->msg_iovlen;
	iov = msg->msg_iov;
	/* copied表示從用戶數據塊複製到skb中的位元組數。 */
	copied = 0;

	err = -EPIPE;
	/* 如果套介面存在錯誤，則不允許發送數據，返回EPIPE錯誤 */
	if (sk->sk_err || (sk->sk_shutdown & SEND_SHUTDOWN))
		goto do_error;

	while (--iovlen >= 0) {/* 處理所有待發送數據塊 */
		/*要分段緩衝區的指針和長度*/
		int seglen = iov->iov_len;
		unsigned char __user *from = iov->iov_base;

		iov++;

		while (seglen > 0) {/* 處理單個數據塊中的所有數據 */
			int copy;
			/*取傳輸隊列的上一個sk_buff指針，這下麵一小段的目的是檢查
			傳輸隊列是否有未滿段，未滿段是當前分段長度小於1mss。只有
			當現有分段滿負荷時，才能生成新的數據分段*/
			skb = sk->sk_write_queue.prev;

			/*隊列是一個雙向鏈表，通過隊列頭的prev來訪問套接字最後一個分段。
			首先檢查傳輸隊列頭是否有數據分段，如果該值是NULL，就沒必要
			檢查未滿分段。*/
			if (!sk->sk_send_head ||/* 發送隊列為空，前面取得的skb無效 */
				/* 如果skb有效，但是它已經沒有多餘的空間複製新數據了 */
			    (copy = mss_now - skb->len) <= 0) {
/*為用戶數據創建一個新的分段*/
new_segment:
				/* 發送隊列中數據長度達到發送緩衝區的上限，等待緩衝區 */
				if (!sk_stream_memory_free(sk))
					goto wait_for_sndbuf;

				/*如果有足夠的記憶體，就為TCP數據分段分配新緩衝區。如果硬體
				支持分散-聚集技術，就分配一個數據頁大小的緩衝區。否則就
				分配大小為1mss的緩衝區。*/
				skb = sk_stream_alloc_pskb(sk, select_size(sk, tp),
							   0, sk->sk_allocation);/* 分配新的skb */
				/* 分配失敗，說明系統記憶體不足，等待記憶體釋放 */
				if (!skb)
					goto wait_for_memory;

				/* 根據路由網路設備的特性，確定是否由硬體執行校驗和 */
				if (sk->sk_route_caps &
				    (NETIF_F_IP_CSUM | NETIF_F_NO_CSUM |
				     NETIF_F_HW_CSUM))
					skb->ip_summed = CHECKSUM_HW;

				skb_entail(sk, tp, skb);/* 將SKB新分段添加到發送隊列尾部 */
				copy = mss_now;/* 本次需要複製的數據量是MSS */
			}

			/* 要複製的數據長度copy不能大於當前段剩餘的長度，
			seglen的減法在下麵。*/
			if (copy > seglen)
				copy = seglen;

			/* skb線性存儲區底部還有空間 */
			if (skb_tailroom(skb) > 0) {
				/* 本次只複製skb存儲區底部剩餘空間大小的數據量 */
				if (copy > skb_tailroom(skb))
					copy = skb_tailroom(skb);
				/* 從用戶空間複製指定長度的數據到skb中，如果失敗，則退出 */
				if ((err = skb_add_data(skb, from, copy)) != 0)
					goto do_fault;
			} 
			/* 線性存儲區底部已經沒有空間了，複製到分散/聚集存儲區中 */
			else {
                        ...//忽略
                        }

			if (!copied)/* 如果沒有複製數據，則取消PSH標誌 */
				TCP_SKB_CB(skb)->flags &= ~TCPCB_FLAG_PSH;



			/* 更新發送隊列最後一個包的序號 */
			tp->write_seq += copy;
			/* 更新當前數據分段skb的結尾序號，以使其能夠包括當前段所
			覆蓋的全部序列。*/
			TCP_SKB_CB(skb)->end_seq += copy;
			skb_shinfo(skb)->tso_segs = 0;

			/* 更新數據複製的指針，使其指向下一個要複製的數據起始位置，
			然後更新要複製的位元組數。*/
			from += copy;
			copied += copy;
			/* 如果所有數據已經複製完畢則退出，會調用tcp_push()將傳輸
			隊列中的數據分段發送出去。*/
			if ((seglen -= copy) == 0 && iovlen == 0)
				goto out;

			/* 走到這裡說明還沒有將全部用戶緩衝區複製到套接字緩衝區，就檢查
			如果當前skb中的數據小於mss，說明可以往裡面繼續複製數據。
			或者發送的是OOB數據，則也跳過發送過程，繼續複製數據 */
			if (skb->len != mss_now || (flags & MSG_OOB))
				continue;

			/* 走到這裡說明當前數據段已滿。就調用foced_push()來檢查是否為
			傳輸隊列中的最後一個分段設置了強制push標誌。如果設置了強制push
			標誌，需要告訴接收端應用程式首先處理該數據。
			必須立即發送數據，即上次發送後產生的數據已經超過通告視窗值的一半 */
			if (forced_push(tp)) {
				/* 設置PSH標誌後發送數據 */
				tcp_mark_push(tp, skb);
				/*然後根據Nagle演算法、擁塞視窗、發送視窗調用此函數來啟動
				待發送分段的傳輸。*/
				__tcp_push_pending_frames(sk, tp, mss_now, TCP_NAGLE_PUSH);
			} 
			/* 雖然不是必鬚髮送數據，但是發送隊列上只存在當前段，也將其發送出去 */
			/*如果不能強制push該數據，並且傳輸隊列中僅有一個數據段，就調用
			tcp_push_one()來將該數據段push到傳輸隊列中。*/
			else if (skb == sk->sk_send_head)
				tcp_push_one(sk, mss_now);
			/*然後在內部迴圈迭代中對剩餘的數據進行分段處理。*/
			continue;

wait_for_sndbuf:
			/* 由於發送隊列滿的原因導致等待 */
			set_bit(SOCK_NOSPACE, &sk->sk_socket->flags);
wait_for_memory:
			if (copied)/* 雖然沒有記憶體了，但是本次調用複製了數據到緩衝區，調用tcp_push將其發送出去 */
				tcp_push(sk, tp, flags & ~MSG_MORE, mss_now, TCP_NAGLE_PUSH);

			/* 等待記憶體可用 */
			if ((err = sk_stream_wait_memory(sk, &timeo)) != 0)
				goto do_error;/* 確實沒有記憶體了，超時後返回失敗 */

			/* 睡眠後，MSS可能發生了變化，重新計算 */
			mss_now = tcp_current_mss(sk, !(flags&MSG_OOB));
		}
	}

out:
	if (copied)/* 從用戶態複製了數據，發送它 */
		tcp_push(sk, tp, flags, mss_now, tp->nonagle);
	TCP_CHECK_TIMER(sk);
	release_sock(sk);/* 釋放鎖以後返回 */
	return copied;

do_fault:
	if (!skb->len) {/* 複製數據失敗了，如果skb長度為0，說明是新分配的，釋放它 */
		if (sk->sk_send_head == skb)/* 如果skb是發送隊列頭，則清空隊列頭 */
			sk->sk_send_head = NULL;
		__skb_unlink(skb, skb->list);
		sk_stream_free_skb(sk, skb);/* 釋放skb */
	}

do_error:
	if (copied)
		goto out;
out_err:
	err = sk_stream_error(sk, flags, err);
	TCP_CHECK_TIMER(sk);
	release_sock(sk);
	return err;
}

詳細的說明見註釋。

註意幾點主要的流程：

1.TCP以1mss為單元來發送數據，最大段大小基於MTU計算獲得，MTU是一個鏈路層的特征參數，並且可以從tcp_current_mss()獲取。

2.sk_stream_alloc_pskb()為TCP數據分配一個新的緩衝區，它的最小長度是1mss。

3.skb_entail()將報文發往傳輸緩存區排隊，並計算已分配的緩衝區記憶體。

4.tcp_push_one()負責傳輸寫隊列中的一個數據段。__tcp_push_pending_frames()負責傳輸在寫隊列中排隊的多個數據段。

 


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