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linux已经不存在惊群现象 -
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我用select试验了,用的ubuntu12.10,内核3.5 ...
linux已经不存在惊群现象
首先来看一下基于3层的ipv4以及ipv6实现的一些4层的协议:
这里要注意并没有IGMPV6,这是因为在ipv6中,它是作为iCMPv6的一部分实现的.
首先我们要知道输入数据包的ip头中的protocol域标识了,将要传递的4层协议.
我们这里主要介绍的是ip数据包从3层传递到4层的接口(也就是输入帧接口).而输出帧的处理,我前面的blog都已经有介绍,想了解的话,可以去看前面的blog.
先来看主要的数据结构,然后我们会分析ip_local_deliver_finish函数(也就是3层处理的出口函数).
在内核中,每一个4层协议都是一个net_protocol结构体,而内核会在启动的时候将所有的4层协议都注册到一个数组inet_protos中,然后根据数据包的ip头来得到相应的handle函数:
L4的协议都是在linux/in.h这个文件中,都是以IPPROTO开头的一些宏.由于ip头中的4层协议域是8位,因此4层协议的最大数值也就是255.而在内核中,255是raw ip, IPPPROTO_RAW:
这里要上面列出的协议,并不是所有的都在内核态handle的,其中一些经常在用户态handle的例如(IPPROTO_RSVP).
内核是通过inet_add_protocol来添加协议到inet_protos数组中的,相应的还有一个删除方法,我们先来看inet_protos的结构:
这里要注意的就是读写inet_protos时,使用的是自旋锁,而只读时,使用的是RCU(Read-Copy Update).
然后来看inet_add_protocol的源码:
然后这些协议的注册都是在内核boot的时候在inet_init中初始化的,下面就是inet_init的代码片段.:
知道协议如何注册之后,我们来分析ip_local_deliver_finish函数,来看3层是如何将数据包发送到4层的.
1 我们知道linux支持raw数据包的发送,因此在这里会对raw socket进行了特殊处理,它会clone一份数据包然后传递给相应的raw处理函数,然后再继续后面的处理.
2 ipsec.这时还需要加上相应的ipsec头,然后再传给4层处理.看下面的图:
最后来看一下raw socket的处理,通过上面我们知道,会调用raw_local_deliver来进行raw socket的相关处理(如果没有raw socket,则会直接返回):
当应用程序使用raw ip socket,他只需要攒递给内核协议id(4层的协议),以及目的地址.因此这里存取sock的hash表使用的key就是4层协议id.
这里要注意并没有IGMPV6,这是因为在ipv6中,它是作为iCMPv6的一部分实现的.
首先我们要知道输入数据包的ip头中的protocol域标识了,将要传递的4层协议.
我们这里主要介绍的是ip数据包从3层传递到4层的接口(也就是输入帧接口).而输出帧的处理,我前面的blog都已经有介绍,想了解的话,可以去看前面的blog.
先来看主要的数据结构,然后我们会分析ip_local_deliver_finish函数(也就是3层处理的出口函数).
在内核中,每一个4层协议都是一个net_protocol结构体,而内核会在启动的时候将所有的4层协议都注册到一个数组inet_protos中,然后根据数据包的ip头来得到相应的handle函数:
struct net_protocol { ///协议的处理函数,也就是将要处理输入数据报的4层协议的处理函数. int (*handler)(struct sk_buff *skb); ///协议的错误处理函数. void (*err_handler)(struct sk_buff *skb, u32 info); ///gso相关的两个函数. int (*gso_send_check)(struct sk_buff *skb); struct sk_buff *(*gso_segment)(struct sk_buff *skb, int features); ///主要是被ipsec所使用的两个域 unsigned int no_policy:1, netns_ok:1; };
L4的协议都是在linux/in.h这个文件中,都是以IPPROTO开头的一些宏.由于ip头中的4层协议域是8位,因此4层协议的最大数值也就是255.而在内核中,255是raw ip, IPPPROTO_RAW:
enum { IPPROTO_IP = 0, /* Dummy protocol for TCP */ IPPROTO_ICMP = 1, /* Internet Control Message Protocol */ IPPROTO_IGMP = 2, /* Internet Group Management Protocol */ IPPROTO_IPIP = 4, /* IPIP tunnels (older KA9Q tunnels use 94) */ IPPROTO_TCP = 6, /* Transmission Control Protocol */ IPPROTO_EGP = 8, /* Exterior Gateway Protocol */ IPPROTO_PUP = 12, /* PUP protocol */ IPPROTO_UDP = 17, /* User Datagram Protocol */ IPPROTO_IDP = 22, /* XNS IDP protocol */ IPPROTO_DCCP = 33, /* Datagram Congestion Control Protocol */ IPPROTO_RSVP = 46, /* RSVP protocol */ IPPROTO_GRE = 47, /* Cisco GRE tunnels (rfc 1701,1702) */ IPPROTO_IPV6 = 41, /* IPv6-in-IPv4 tunnelling */ IPPROTO_ESP = 50, /* Encapsulation Security Payload protocol */ IPPROTO_AH = 51, /* Authentication Header protocol */ IPPROTO_BEETPH = 94, /* IP option pseudo header for BEET */ IPPROTO_PIM = 103, /* Protocol Independent Multicast */ IPPROTO_COMP = 108, /* Compression Header protocol */ IPPROTO_SCTP = 132, /* Stream Control Transport Protocol */ IPPROTO_UDPLITE = 136, /* UDP-Lite (RFC 3828) */ IPPROTO_RAW = 255, /* Raw IP packets */ IPPROTO_MAX };
这里要上面列出的协议,并不是所有的都在内核态handle的,其中一些经常在用户态handle的例如(IPPROTO_RSVP).
内核是通过inet_add_protocol来添加协议到inet_protos数组中的,相应的还有一个删除方法,我们先来看inet_protos的结构:
这里要注意的就是读写inet_protos时,使用的是自旋锁,而只读时,使用的是RCU(Read-Copy Update).
然后来看inet_add_protocol的源码:
struct net_protocol *inet_protos[MAX_INET_PROTOS] ____cacheline_aligned_in_smp; ///这里只是举两个例子,tcp和udp的协议注册函数.我们这次暂时就不分析tcp和udp的处理函数了(我会在3层结束后,分析4层源码) static struct net_protocol tcp_protocol = { .handler = tcp_v4_rcv, .err_handler = tcp_v4_err, .gso_send_check = tcp_v4_gso_send_check, .gso_segment = tcp_tso_segment, .no_policy = 1, .netns_ok = 1, }; static struct net_protocol udp_protocol = { .handler = udp_rcv, .err_handler = udp_err, .no_policy = 1, .netns_ok = 1, }; int inet_add_protocol(struct net_protocol *prot, unsigned char protocol) { int hash, ret; ///计算当前协议在数组中的slot. hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1); ///使用自旋锁. spin_lock_bh(&inet_proto_lock); if (inet_protos[hash]) { ret = -1; } else { ///将相应的prot添加到数组 inet_protos[hash] = prot; ret = 0; } spin_unlock_bh(&inet_proto_lock); return ret; }
然后这些协议的注册都是在内核boot的时候在inet_init中初始化的,下面就是inet_init的代码片段.:
static int __init inet_init(void) { ........................................... /* * Add all the base protocols. */ if (inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP) < 0) printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add ICMP protocol\n"); if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0) printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add UDP protocol\n"); if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0) printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add TCP protocol\n"); #ifdef CONFIG_IP_MULTICAST if (inet_add_protocol(&igmp_protocol, IPPROTO_IGMP) < 0) printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add IGMP protocol\n"); #endif .................................. }
知道协议如何注册之后,我们来分析ip_local_deliver_finish函数,来看3层是如何将数据包发送到4层的.
1 我们知道linux支持raw数据包的发送,因此在这里会对raw socket进行了特殊处理,它会clone一份数据包然后传递给相应的raw处理函数,然后再继续后面的处理.
2 ipsec.这时还需要加上相应的ipsec头,然后再传给4层处理.看下面的图:
static int ip_local_deliver_finish(struct sk_buff *skb) { ///取出相应的net信息. struct net *net = dev_net(skb->dev); ///下面两个主要是调整data指针,使data指针指向4层的数据开始处. __skb_pull(skb, ip_hdrlen(skb)); skb_reset_transport_header(skb); ///加rcu锁. rcu_read_lock(); { ///取出ip头中的协议. int protocol = ip_hdr(skb)->protocol; int hash, raw; struct net_protocol *ipprot; resubmit: ///得到raw socket, 如果不是raw socket,则返回0. raw = raw_local_deliver(skb, protocol); ///计算4层协议的slot. hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1); ///rcu读取相应的协议处理结构. ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash]); ///主要是ipprot是否有被当前主机注册. if (ipprot != NULL && (net == &init_net || ipprot->netns_ok)) { int ret; ///判断ipsec,并进行相关处理. if (!ipprot->no_policy) { if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) { kfree_skb(skb); goto out; } nf_reset(skb); } ///调用handler,进入相应的4层协议的处理. ret = ipprot->handler(skb); if (ret < 0) { protocol = -ret; goto resubmit; } IP_INC_STATS_BH(net, IPSTATS_MIB_INDELIVERS); } ................................................ out: rcu_read_unlock(); return 0; }
最后来看一下raw socket的处理,通过上面我们知道,会调用raw_local_deliver来进行raw socket的相关处理(如果没有raw socket,则会直接返回):
当应用程序使用raw ip socket,他只需要攒递给内核协议id(4层的协议),以及目的地址.因此这里存取sock的hash表使用的key就是4层协议id.
///相应的hash表,保存raw socket. struct raw_hashinfo { rwlock_t lock; struct hlist_head ht[RAW_HTABLE_SIZE]; }; static struct raw_hashinfo raw_v4_hashinfo = { .lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(raw_v4_hashinfo.lock), }; int raw_local_deliver(struct sk_buff *skb, int protocol) { int hash; struct sock *raw_sk; ///通过协议计算hash值(使用4层协议id). hash = protocol & (RAW_HTABLE_SIZE - 1); ///得到相应的raw_sk. raw_sk = sk_head(&raw_v4_hashinfo.ht[hash]); /* If there maybe a raw socket we must check - if not we * don't care less */ ///交给raw socket的处理函数,raw_v4_input中会clone一个skb,然后交给最后的raw_rev函数去处理最终的数据包. if (raw_sk && !raw_v4_input(skb, ip_hdr(skb), hash)) raw_sk = NULL; return raw_sk != NULL; }
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