linux网络报文接收发送浅析

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1、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

2、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《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_

3、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neti

4、f_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。相比老式的处理方式，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-

5、>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

6、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

7、(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函数有两种结局，一个是配额到或时间到，直接返回；另一个是处理完input_pkt_queue队列中的所有skb，此时需要将backlog_dev从poll_list中删除。新式的NAPI处理方式所要做