内核协议栈tcp层的内存管理

我们先来看tcp内存管理相关的几个内核参数,这些都能通过proc文件系统来修改:

///内核写buf的最大值.
extern __u32 sysctl_wmem_max;
///协议栈读buf的最大值
extern __u32 sysctl_rmem_max;

这两个值在/proc/sys/net/core 下。这里要注意，这两个值的单位是字节。

它们的初始化在sk_init里面,这里可以看到这两个值的大小是依赖于num_physpages的，而这个值应该是物理页数。也就是说这两个值依赖于物理内存：

void __init sk_init(void)
{
    if (num_physpages <= 4096) {
        sysctl_wmem_max = 32767;
        sysctl_rmem_max = 32767;
        sysctl_wmem_default = 32767;
        sysctl_rmem_default = 32767;
    } else if (num_physpages >= 131072) {
        sysctl_wmem_max = 131071;
        sysctl_rmem_max = 131071;
    }
}

而我通过搜索源码，只有设置套接口选项的时候，才会用到这两个值，也就是setsockopt，optname为SO_SNDBUF或者SO_RCVBUF时，来限制设置的值:

case SO_SNDBUF:
		if (val > sysctl_wmem_max)
			val = sysctl_wmem_max;

接下来就是整个tcp协议栈的socket的buf限制(也就是所有的socket).
这里要注意，这个东西的单位都是以页为单位的，我们下面就会看到。

其中sysctl_tcp_mem[0]表示整个tcp sock的buf限制.
sysctl_tcp_mem[1]也就是tcp sock内存使用的警戒线.
sysctl_tcp_mem[2]也就是tcp sock内存使用的hard limit,当超过这个限制,我们就要禁止再分配buf.
extern int sysctl_tcp_mem[3];

接下来就是针对每个sock的读写buf限制。

///其中依次为最小buf,中等buf,以及最大buf.
extern int sysctl_tcp_wmem[3];
extern int sysctl_tcp_rmem[3];

这几个值的初始化在tcp_init里面，这里就能清晰的看到sysctl_tcp_mem的单位是页。而sysctl_tcp_wmem和sysctl_tcp_rmem的单位是字节。

void __init tcp_init(void)
{
.................................
///nr_pages就是页。
nr_pages = totalram_pages - totalhigh_pages;
	limit = min(nr_pages, 1UL<<(28-PAGE_SHIFT)) >> (20-PAGE_SHIFT);
	limit = (limit * (nr_pages >> (20-PAGE_SHIFT))) >> (PAGE_SHIFT-11);
	limit = max(limit, 128UL);
sysctl_tcp_mem[0] = limit / 4 * 3;
sysctl_tcp_mem[1] = limit;
sysctl_tcp_mem[2] = sysctl_tcp_mem[0] * 2;

/* Set per-socket limits to no more than 1/128 the pressure threshold */
///转换为字节。
limit = ((unsigned long)sysctl_tcp_mem[1]) << (PAGE_SHIFT - 7);
max_share = min(4UL*1024*1024, limit);

sysctl_tcp_wmem[0] = SK_MEM_QUANTUM;
sysctl_tcp_wmem[1] = 16*1024;
sysctl_tcp_wmem[2] = max(64*1024, max_share);

sysctl_tcp_rmem[0] = SK_MEM_QUANTUM;
sysctl_tcp_rmem[1] = 87380;
sysctl_tcp_rmem[2] = max(87380, max_share);
................................
}

然后就是读写buf的最小值

#define SOCK_MIN_SNDBUF 2048
#define SOCK_MIN_RCVBUF 256

最后就是当前tcp协议栈已经分配了的buf的总大小。这里要注意，这个值也是以页为单位的。

atomic_t tcp_memory_allocated

而上面的这些值如何与协议栈关联起来呢，我们来看tcp_prot结构，可以看到这些值的地址都被放到对应的tcp_prot的域。

struct proto tcp_prot = {
.name = "TCP",
.owner = THIS_MODULE,
...................................................
.enter_memory_pressure = tcp_enter_memory_pressure,
.sockets_allocated = &tcp_sockets_allocated,
.orphan_count = &tcp_orphan_count,
.memory_allocated = &tcp_memory_allocated,
.memory_pressure = &tcp_memory_pressure,
.sysctl_mem = sysctl_tcp_mem,
.sysctl_wmem = sysctl_tcp_wmem,
.sysctl_rmem = sysctl_tcp_rmem,
........................................................
};

而对应的sock域中的几个值，这几个域非常重要，我们来看他们表示的含义：


sk_rcvbuf和sk_sndbuf,这两个值分别代表每个sock的读写buf的最大限制：

sk_rmem_alloc和sk_wmem_alloc这两个值分别代表已经提交的数据包的字节数。

读buf意味着进入tcp层的数据大小，而当数据提交给用户空间之后，这个值会相应的减去提交的大小（也就类似写buf的sk_wmem_queued)。

写buf意味着提交给ip层。可以看到这个值的增加是在tcp_transmit_skb中进行的。

而sk_wmem_queued也就代表skb的写队列write_queue的大小。

还有一个sk_forward_alloc，这个值表示一个预分配置，也就是整个tcp协议栈的内存cache，第一次为一个缓冲区分配buf的时候，我们不会直接分配精确的大小，而是按页来分配，而分配的大小就是这个值，下面我们会看到这个。并且这个值初始是0.

struct sock {
int sk_rcvbuf;
atomic_t sk_rmem_alloc;
atomic_t sk_wmem_alloc;
int	sk_forward_alloc;
..........................
int sk_sndbuf;
///这个表示写buf已经分配的字节长度
int sk_wmem_queued;
...........................
}

sk_sndbuf和sk_rcvbuf,这两个的初始化在这里：

static int tcp_v4_init_sock(struct sock *sk)
{
..................................
    sk->sk_sndbuf = sysctl_tcp_wmem[1];
    sk->sk_rcvbuf = sysctl_tcp_rmem[1];
..........................
}

而当进入establish状态之后,sock会自己调整sndbuf和rcvbuf.他是通过tcp_init_buffer_space来进行调整的.这个函数会调用tcp_fixup_rcvbuf和tcp_fixup_sndbuf来调整读写buf的大小.

这里有用到sk_userlock这个标记，这个标记主要就是用来标记SO_SNDBUF 和SO_RCVBUF套接口选项是否被设置。而是否设置对应的值为：

#define SOCK_SNDBUF_LOCK	1
#define SOCK_RCVBUF_LOCK	2

我们可以看下面的设置SO_SNDBUF 和SO_RCVBUF的代码片断：

//首先设置sk_userlocks.
sk->sk_userlocks |= SOCK_SNDBUF_LOCK;
		if ((val * 2) < SOCK_MIN_SNDBUF)
			sk->sk_sndbuf = SOCK_MIN_SNDBUF;
		else
			sk->sk_sndbuf = val * 2;

因此内核里面的处理是这样的，如果用户已经通过套接字选项设置了读或者写buf的大小，那么这里将不会调整读写buf的大小，否则就进入tcp_fixup_XXX来调整大小。

还有一个要注意的就是MAX_TCP_HEADER，这个值表示了TCP + IP + link layer headers 以及option的长度。

我们来看代码。

static void tcp_init_buffer_space(struct sock *sk)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	int maxwin;

///判断sk_userlocks，来决定是否需要fix缓冲区大小。
	if (!(sk->sk_userlocks & SOCK_RCVBUF_LOCK))
		tcp_fixup_rcvbuf(sk);
	if (!(sk->sk_userlocks & SOCK_SNDBUF_LOCK))
		tcp_fixup_sndbuf(sk);
......................................

}

接下来来看这两个函数如何来调整读写buf的大小，不过这里还有些疑问，就是为什么是要和3*sndmem以及4*rcvmem：

static void tcp_fixup_sndbuf(struct sock *sk)
{
///首先通过mss，tcp头，以及sk_buff的大小，得到一个最小范围的sndmem。
	int sndmem = tcp_sk(sk)->rx_opt.mss_clamp + MAX_TCP_HEADER + 16 +sizeof(struct sk_buff);

///然后取sysctl_tcp_wmem[2]和3倍的sndmem之间的最小值。
	if (sk->sk_sndbuf < 3 * sndmem)
		sk->sk_sndbuf = min(3 * sndmem, sysctl_tcp_wmem[2]);
}

static void tcp_fixup_rcvbuf(struct sock *sk)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
///这里和上面类似，也是先得到最小的一个rcvmem段。
	int rcvmem = tp->advmss + MAX_TCP_HEADER + 16 + sizeof(struct sk_buff);

	/* Try to select rcvbuf so that 4 mss-sized segments
	 * will fit to window and corresponding skbs will fit to our rcvbuf.
	 * (was 3; 4 is minimum to allow fast retransmit to work.)
	 */
///这里则是通过sysctl_tcp_adv_win_scale来调整rcvmem的值。
	while (tcp_win_from_space(rcvmem) < tp->advmss)
		rcvmem += 128;
	if (sk->sk_rcvbuf < 4 * rcvmem)
		sk->sk_rcvbuf = min(4 * rcvmem, sysctl_tcp_rmem[2]);
}

ok，看完初始化，我们来看协议栈具体如何管理内存的，先来看发送端，发送端的主要实现是在tcp_sendmsg里面，这个函数我们前面已经详细的分析过了，我们这次只分析里面几个与内存相关的东西。

来看代码片断：

int tcp_sendmsg(struct kiocb *iocb, struct socket *sock, struct msghdr *msg,
		size_t size)
{
..................................

	if (copy <= 0) {
new_segment:
	if (!sk_stream_memory_free(sk))
			goto wait_for_sndbuf;

	skb = sk_stream_alloc_skb(sk, select_size(sk),
	sk->sk_allocation);
if (sk->sk_route_caps & NETIF_F_ALL_CSUM)
		skb->ip_summed = CHECKSUM_PARTIAL;

		skb_entail(sk, skb);
		copy = size_goal;
		max = size_goal;
..................
}

可以看到这里第一个sk_stream_memory_free用来判断是否还有空间来供我们分配，如果没有则跳到wait_for_sndbuf来等待buf的释放。

然后如果有空间供我们分配，则调用sk_stream_alloc_skb来分配一个skb，然后这个大小的选择是通过select_size。

最后调用skb_entail来更新相关的域。

现在我们就来详细看上面的四个函数,先来看第一个：

static inline int sk_stream_memory_free(struct sock *sk)
{
	return sk->sk_wmem_queued < sk->sk_sndbuf;
}

sk_stream_memory_free实现很简单，就是判断当前已经分配的写缓冲区的大小(sk_wmem_queued)是否小于当前写缓冲区(sk_sndbuf)的最大限制。

然后是skb_entail，这个函数主要是当我们分配完buf后，进行一些相关域的更新，以及添加skb到writequeue。

static inline void skb_entail(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	struct tcp_skb_cb *tcb = TCP_SKB_CB(skb);
............................
	skb_header_release(skb);
	tcp_add_write_queue_tail(sk, skb);
///增加sk_wmem_queued.
	sk->sk_wmem_queued += skb->truesize;
///这里调整sk_forward_alloc的大小，也就是预分配buf的大小(减小).
	sk_mem_charge(sk, skb->truesize);
	if (tp->nonagle & TCP_NAGLE_PUSH)
		tp->nonagle &= ~TCP_NAGLE_PUSH;
}
///这个函数很简单，就是将sk_forward_alloc - size.
static inline void sk_mem_charge(struct sock *sk, int size)
{
	if (!sk_has_account(sk))
		return;
	sk->sk_forward_alloc -= size;
}

然后是select_size，在看这个之前我们先来坎SKB_MAX_HEAD的实现.
SKB_MAX_HEAD主要是得到要分配的tcp数据段（不包括头)在一页中最大为多少。

#define SKB_WITH_OVERHEAD(X)	\
	((X) - SKB_DATA_ALIGN(sizeof(struct skb_shared_info)))
#define SKB_MAX_ORDER(X, ORDER) \
	SKB_WITH_OVERHEAD((PAGE_SIZE << (ORDER)) - (X))
#define SKB_MAX_HEAD(X)		(SKB_MAX_ORDER((X), 0))

我们带入代码来看，我们下面的代码是SKB_MAX_HEAD(MAX_TCP_HEADER)，展开这个宏可以看到就是PAGE_SIZE-MAX_TCP_HEADER-SKB_DATA_ALIGN(sizeof(struct skb_shared_info).其实也就是一页还能容纳多少tcp的数据。

static inline int select_size(struct sock *sk)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
///首先取得存储的mss。
	int tmp = tp->mss_cache;

///然后判断是否使用scatter–gather(前面blog有介绍)
if (sk->sk_route_caps & NETIF_F_SG) {
	if (sk_can_gso(sk))
			tmp = 0;
	else {
///然后开始计算buf的长度。
		int pgbreak = SKB_MAX_HEAD(MAX_TCP_HEADER);

///如果mss大于pgbreak,那么说明我们一页放不下当前需要的tcp数据，因此我们将会在skb的页区域分配，而skb的页区域是有限制的，因此tmp必须小于这个值。
if (tmp >= pgbreak &&
	tmp <= pgbreak + (MAX_SKB_FRAGS - 1) * PAGE_SIZE)
			tmp = pgbreak;
		}
	}

	return tmp;
}

接下来来看sk_stream_alloc_skb的实现。

1 它会调用alloc_skb_fclone来分配内存，这个函数就不详细分析了，我们只需要知道它会从slab里分配一块内存，而大小为size+max_header(上面的分析我们知道slect_size只计算数据段).

2 如果分配成功，则调用sk_wmem_schedule来判断我们所分配的skb的大小是否精确，是的话，就调整指针，然后返回。

3 否则调用tcp_enter_memory_pressure设置标志进入TCP memory pressure zone。然后再调用sk_stream_moderate_sndbuf调整sndbuf(缩小sndbuf)。

struct sk_buff *sk_stream_alloc_skb(struct sock *sk, int size, gfp_t gfp)
{
	struct sk_buff *skb;

///4字节对其
	size = ALIGN(size, 4);
///分配skb。
	skb = alloc_skb_fclone(size + sk->sk_prot->max_header, gfp);
	if (skb) {
///得到精确的大小。
		if (sk_wmem_schedule(sk, skb->truesize)) {
///返回skb。
		skb_reserve(skb, skb_tailroom(skb) - size);
			return skb;
		}
		__kfree_skb(skb);
	} else {
///否则设置全局标记进入pressure zone
		sk->sk_prot->enter_memory_pressure(sk);
		sk_stream_moderate_sndbuf(sk);
	}
	return NULL;
}

ok,现在就来看上面的几个函数的实现。先来看几个简单的。

首先是tcp_enter_memory_pressure,这个函数很简单，就是判断全局标记tcp_memory_pressure,然后设置这个标记。这个标记主要是用来通知其他模块调整的，比如窗口大小等等，详细的话自己搜索这个值，就知道了。

void tcp_enter_memory_pressure(struct sock *sk)
{
	if (!tcp_memory_pressure) {
		NET_INC_STATS(sock_net(sk), LINUX_MIB_TCPMEMORYPRESSURES);
///设置压力标志。
		tcp_memory_pressure = 1;
	}
}

然后是sk_stream_moderate_sndbuf，这个函数也是要使用sk_userlocks,来判断是否已经被用户设置了。可以看到如果我们自己设置过了snd_buf的话，内核就不会帮我们调整它的大小了。

static inline void sk_stream_moderate_sndbuf(struct sock *sk)
{
	if (!(sk->sk_userlocks & SOCK_SNDBUF_LOCK)) {
///它的大小调整为大于最小值，小于sk->sk_wmem_queued >> 1。
		sk->sk_sndbuf = min(sk->sk_sndbuf, sk->sk_wmem_queued >> 1);
		sk->sk_sndbuf = max(sk->sk_sndbuf, SOCK_MIN_SNDBUF);
	}
}

最后来看最核心的一个函数sk_wmem_schedule，这个函数只是对__sk_mem_schedule的简单封装。这里要知道传递进来的size是skb->truesize，也就是所分配的skb的真实大小。并且第一次进入这个函数，也就是分配第一个缓冲区包时，sk_forward_alloc是为0的，也就是说，第一次必然会执行__sk_mem_schedule函数。

static inline int sk_wmem_schedule(struct sock *sk, int size)
{
	if (!sk_has_account(sk))
		return 1;
///先比较size(也就是skb->truesize)和预分配的内存大小。如果小于等于预分配的大小，则直接返回，否则调用__sk_mem_schedule进行调整。
	return size <= sk->sk_forward_alloc ||
		__sk_mem_schedule(sk, size, SK_MEM_SEND);
}

来看__sk_mem_schedule，这个函数的功能注释写的很清楚：

引用

increase sk_forward_alloc and memory_allocated

然后来看源码。这里在看之前，我们要知道，协议栈通过读写buf的使用量，划分了3个区域，或者说标志。不同标志进行不同处理。这里的区域的划分是通过sysctl_tcp_mem，也就是prot->sysctl_mem这个数组进行的。

///页的大小
#define SK_MEM_QUANTUM ((int)PAGE_SIZE)

int __sk_mem_schedule(struct sock *sk, int size, int kind)
{
	struct proto *prot = sk->sk_prot;
///首先得到size占用几个内存页。
	int amt = sk_mem_pages(size);
	int allocated;
///更新sk_forward_alloc，可以看到这个值是页的大小的倍数。
	sk->sk_forward_alloc += amt * SK_MEM_QUANTUM;

///amt+memory_allocated也就是当前的总得内存使用量加上将要分配的内存的话，现在的tcp协议栈的总得内存使用量。（可以看到是以页为单位的。
	allocated = atomic_add_return(amt, prot->memory_allocated);

///然后开始判断，将会落入哪一个区域。通过上面的分析我们知道sysctl_mem也就是sysctl_tcp_mem.

///先判断是否小于等于内存最小使用限额。
	if (allocated <= prot->sysctl_mem[0]) {
///这里取消memory_pressure，然后返回。
		if (prot->memory_pressure && *prot->memory_pressure)
			*prot->memory_pressure = 0;
		return 1;
	}

//然后判断Under pressure。
	if (allocated > prot->sysctl_mem[1])
//大于sysctl_mem[1]说明，已经进入pressure，一次你需要调用tcp_enter_memory_pressure来设置标志。
		if (prot->enter_memory_pressure)
			prot->enter_memory_pressure(sk);

///如果超过的hard limit。则进入另外的处理。
	if (allocated > prot->sysctl_mem[2])
		goto suppress_allocation;

//判断类型，这里只有两种类型，读和写。总的内存大小判断完，这里开始判断单独的sock的读写内存。
	if (kind == SK_MEM_RECV) {
		if (atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc) < prot->sysctl_rmem[0])
			return 1;
	} else { /* SK_MEM_SEND */
///这里当为tcp的时候，写队列的大小只有当对端数据确认后才会更新，因此我们要用sk_wmem_queued来判断。
		if (sk->sk_type == SOCK_STREAM) {
			if (sk->sk_wmem_queued < prot->sysctl_wmem[0])
				return 1;
		} else if (atomic_read(&sk->sk_wmem_alloc) <
			   prot->sysctl_wmem[0])
				return 1;
	}

///程序到达这里说明总的内存大小在sysctl_mem[0]和sysctl_mem[2]之间，因此我们再次判断memory_pressure
	if (prot->memory_pressure) {
		int alloc;

///如果没有在memory_pressure区域，则我们直接返回1。
		if (!*prot->memory_pressure)
			return 1;
///这个其实也就是计算整个系统分配的socket的多少。
		alloc = percpu_counter_read_positive(prot->sockets_allocated);
///这里假设其余的每个sock所占用的buf都和当前的sock一样大的时候，如果他们的总和小于sysctl_mem[2],也就是hard limit。那么我们也认为这次内存请求是成功的。
		if (prot->sysctl_mem[2] > alloc *
		    sk_mem_pages(sk->sk_wmem_queued +
			 atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc) +
				 sk->sk_forward_alloc))
			return 1;
	}

suppress_allocation:

///到达这里说明，我们超过了hard limit或者说处于presure 区域。
	if (kind == SK_MEM_SEND && sk->sk_type == SOCK_STREAM) {
///调整sk_sndbuf(减小).这个函数前面已经分析过了。
		sk_stream_moderate_sndbuf(sk);
///然后比较和sk_sndbuf的大小，如果大于的话，就说明下次我们再次要分配buf的时候会在tcp_memory_free阻塞住，因此这次我们返回1.
		if (sk->sk_wmem_queued + size >= sk->sk_sndbuf)
			return 1;
	}

	/* Alas. Undo changes. */
///到达这里说明，请求内存是不被接受的，因此undo所有的操作。然后返回0.
	sk->sk_forward_alloc -= amt * SK_MEM_QUANTUM;
	atomic_sub(amt, prot->memory_allocated);
	return 0;
}

接下来来看个很重要的函数skb_set_owner_w。

顾名思义，这个函数也就是将一个skb和scok关联起来。只不过关联的时候更新sock相应的域。我们来看源码：

static inline void skb_set_owner_w(struct sk_buff *skb, struct sock *sk)
{
	skb_orphan(skb);
///与传递进来的sock关联起来
	skb->sk = sk;
///设置skb的析构函数
	skb->destructor = sock_wfree;
///更新sk_wmem_alloc域，就是sk_wmem_alloc+truesize.
	atomic_add(skb->truesize, &sk->sk_wmem_alloc);
}

ok，接下来来看个scok_wfree函数，这个函数做得基本和上面函数相反。这个函数都是被kfree_skb自动调用的。

void sock_wfree(struct sk_buff *skb)
{
	struct sock *sk = skb->sk;
	int res;

///更新sk_wmem_alloc,减去skb的大小。
	res = atomic_sub_return(skb->truesize, &sk->sk_wmem_alloc);
	if (!sock_flag(sk, SOCK_USE_WRITE_QUEUE))
///唤醒等待队列，也就是唤醒等待内存分配。
		sk->sk_write_space(sk);
	if (res == 0)
		__sk_free(sk);
}

而skb_set_owner_w是什么时候被调用呢，我们通过搜索代码可以看到，它是在tcp_transmit_skb中被调用的。而tcp_transmit_skb我们知道是传递数据包到ip层的函数。

而kfree_skb被调用也就是在对端已经确认完我们发送的包后才会被调用来释放skb。

接下来来看接收数据的内存管理。我们主要来看tcp_rcv_established这个函数，我前面的blog已经断断续续的分析过了，因此这里我们只看一些重要的代码片断。

这里我们要知道，代码能到达下面的位置，则说明，数据并没有直接拷贝到用户空间。否则的话，是不会进入下面的片断的。

			
if (!eaten) {
..........................................

///如果skb的大小大于预分配的值,如果大于则要另外处理。
	if ((int)skb->truesize > sk->sk_forward_alloc)
			goto step5;
		__skb_pull(skb, tcp_header_len);
				__skb_queue_tail(&sk->sk_receive_queue, skb);
///这里关联skb和对应的sk，并且更新相关的域，我们下面会分析这个函数。
		skb_set_owner_r(skb, sk);
		tp->rcv_nxt = TCP_SKB_CB(skb)->end_seq;
		}
...............................................

step5:
	if (th->ack && tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH) < 0)
		goto discard;

	tcp_rcv_rtt_measure_ts(sk, skb);

	/* Process urgent data. */
	tcp_urg(sk, skb, th);

	/* step 7: process the segment text */
///最核心的函数就是这个。我们接下来会详细分析这个函数。
	tcp_data_queue(sk, skb);

	tcp_data_snd_check(sk);
	tcp_ack_snd_check(sk);
	return 0;

先来看skb_set_owner_r函数，这个函数关联skb和sk其实它和skb_set_owner_w类似：

static inline void skb_set_owner_r(struct sk_buff *skb, struct sock *sk)
{
	skb_orphan(skb);
///关联sk
	skb->sk = sk;
//设置析构函数
	skb->destructor = sock_rfree;
///更新rmem_alloc
	atomic_add(skb->truesize, &sk->sk_rmem_alloc);
///改变forward_alloc.
	sk_mem_charge(sk, skb->truesize);
}

然后是tcp_data_queue，这个函数主要用来排队接收数据，并update相关的读buf。由于这个函数比较复杂，我们只关心我们感兴趣的部分：

static void tcp_data_queue(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
	struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb);
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
	int eaten = -1;
.......................................
///首先判断skb的开始序列号和我们想要接收的序列号。如果相等开始处理这个数据包(也就是拷贝到用户空间).
	if (TCP_SKB_CB(skb)->seq == tp->rcv_nxt) {
		if (tcp_receive_window(tp) == 0)
			goto out_of_window;

//tp的ucopy我前面的blog已经详细分析过了。这里就不解释了。
		if (tp->ucopy.task == current &&
		    tp->copied_seq == tp->rcv_nxt && tp->ucopy.len &&sock_owned_by_user(sk) && !tp->urg_data)
{
///计算将要拷贝给用户空间的大小。
			int chunk = min_t(unsigned int, skb->len,tp->ucopy.len);

///设置状态，说明我们处于进程上下文。
			__set_current_state(TASK_RUNNING);

			local_bh_enable();
///拷贝skb
			if (!skb_copy_datagram_iovec(skb, 0, tp->ucopy.iov, chunk)) {
				tp->ucopy.len -= chunk;
				tp->copied_seq += chunk;
///更新eaten，它的默认值为-1.
		eaten = (chunk == skb->len && !th->fin);
		tcp_rcv_space_adjust(sk);
			}
			local_bh_disable();
		}

///如果小于0则说明没有拷贝成功，或者说就没有进行拷贝。此时需要更新sock的相关域。
	if (eaten <= 0) {
queue_and_out:
///最关键的tcp_try_rmem_schedule函数。接下来会详细分析。
	if (eaten < 0 &&
		 tcp_try_rmem_schedule(sk, skb->truesize))
				goto drop;

///关联skb和sk。到达这里说明tcp_try_rmem_schedule成功，也就是返回0.
		skb_set_owner_r(skb, sk);
///加skb到receive_queue.
		__skb_queue_tail(&sk->sk_receive_queue, skb);
		}
///更新期待序列号。
		tp->rcv_nxt = TCP_SKB_CB(skb)->end_seq;
..............................................
		}
.....................................

		tcp_fast_path_check(sk);

		if (eaten > 0)
			__kfree_skb(skb);
		else if (!sock_flag(sk, SOCK_DEAD))
			sk->sk_data_ready(sk, 0);
		return;
	}
///下面就是处理乱序包。以后会详细分析。
......................................
}

接下来我们就来看tcp_try_rmem_schedule这个函数,这个函数如果返回0则说明sk_rmem_schedule返回1,而sk_rmem_schedule和sk_wmem_schedule是一样的。也就是看当前的skb加入后有没有超过读buf的限制。并更新相关的域。：

static inline int tcp_try_rmem_schedule(struct sock *sk, unsigned int size)
{
///首先判断rmem_alloc(当前的读buf字节数)是否大于最大buf字节数，如果大于则调用tcp_prune_queue调整分配的buf。否则调用sk_rmem_schedule来调整相关域（sk_forward_alloc）。
	if (atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc) > sk->sk_rcvbuf ||!sk_rmem_schedule(sk, size)) {

///调整分配的buf。
		if (tcp_prune_queue(sk) < 0)
			return -1;
///更新sk的相关域。
		if (!sk_rmem_schedule(sk, size)) {
			if (!tcp_prune_ofo_queue(sk))
				return -1;

			if (!sk_rmem_schedule(sk, size))
				return -1;
		}
	}
	return 0;
}

来看sk_rmem_schedule，这个函数很简单，就是封装了__sk_mem_schedule。而这个函数我们上面已经分析过了。

static inline int sk_rmem_schedule(struct sock *sk, int size)
{
	if (!sk_has_account(sk))
		return 1;
	return size <= sk->sk_forward_alloc ||
		__sk_mem_schedule(sk, size, SK_MEM_RECV);
}

最后是tcp_prune_queue，这个函数主要是用来丢掉一些skb，因为到这个函数就说明我们的内存使用已经到极限了，因此我们要合并一些buf。这个合并也就是将序列号连续的段进行合并。

这里我们要知道tcp的包是有序的，因此内核中tcp专门有一个队列来保存那些Out of order segments。因此我们这里会先处理这个队列里面的skb。

然后调用tcp_collapse来处理接收队列里面的skb。和上面的类似。

这里要注意，合并的话都是按页来合并，也就是先分配一页大小的内存，然后将老的skb复制进去，最后free掉老的buf。

static int tcp_prune_queue(struct sock *sk)
{
	struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
..................................
///如果rmem_alloc过于大，则重新计算窗口的大小。一半都会缩小窗口。
	if (atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc) >= sk->sk_rcvbuf)
		tcp_clamp_window(sk);
///如果处于pressure区域，则调整窗口大小。这里也是缩小窗口。
	else if (tcp_memory_pressure)
		tp->rcv_ssthresh = min(tp->rcv_ssthresh, 4U * tp->advmss);

///处理ofo队列。
	tcp_collapse_ofo_queue(sk);
///如果接收队列为非空，则调用tcp_collapse来处理sk_receive_queue
	if (!skb_queue_empty(&sk->sk_receive_queue))
		tcp_collapse(sk, &sk->sk_receive_queue,
			     skb_peek(&sk->sk_receive_queue),
			     NULL,
			     tp->copied_seq, tp->rcv_nxt);
///更新全局的已分配内存的大小，也就是memory_allocated，接下来会详细介绍这个函数。
	sk_mem_reclaim(sk);

///如果调整后小于sk_rcvbuf,则返回0.
	if (atomic_read(&sk->sk_rmem_alloc) <= sk->sk_rcvbuf)
		return 0;

......................................
	return -1;
}

来看sk_mem_reclaim函数，它只是简单的封装了__sk_mem_reclaim：

static inline void sk_mem_reclaim(struct sock *sk)
{
	if (!sk_has_account(sk))
		return;
///如果sk_forward_alloc大于1页则调用__sk_mem_reclaim，我们知道sk_forward_alloc是以页为单位的，因此这里也就是和大于0一样。
	if (sk->sk_forward_alloc >= SK_MEM_QUANTUM)
		__sk_mem_reclaim(sk);
}

这里我们对tcp_collapse和tcp_collapse_ofo_queue对没有详细分析，只是简要的描述了下。

__sk_mem_reclaim就是真正操作的函数，它会更新memory_allocated：

void __sk_mem_reclaim(struct sock *sk)
{
	struct proto *prot = sk->sk_prot;
//更新memory_allocated，这里我们知道memory_allocated也是以页为单位的，因此需要将sk_forward_alloc转化为页。
	atomic_sub(sk->sk_forward_alloc >> SK_MEM_QUANTUM_SHIFT,prot->memory_allocated);

//更新这个sk的sk_forward_alloc为一页。
	sk->sk_forward_alloc &= SK_MEM_QUANTUM - 1;
///判断是否处于pressure区域，是的话更新memory_pressure变量。
	if (prot->memory_pressure && *prot->memory_pressure &&(atomic_read(prot->memory_allocated) < （prot->sysctl_mem[0]))
		*prot->memory_pressure = 0;
}

最后看一下读buf的释放。这个函数会在kfree_skb中被调用。

void sock_rfree(struct sk_buff *skb)
{

	struct sock *sk = skb->sk;
///更新rmem_alloc
	atomic_sub(skb->truesize, &sk->sk_rmem_alloc);
///更新forward_alloc.
	sk_mem_uncharge(skb->sk, skb->truesize);
}

评论

1 楼 SCDXMOE 2012-10-14  

不错 学习了