Linux数据报文接收发送总结6

2.3 协议栈注册

内核实现了网络层的ip协议，也实现了传输层的tcp协议和udp协议。这些协议对应的实现函数分别是ip_rcv(),tcp_v4_rcv()和udp_rcv()。和我们平时写代码的方式不一样的是，内核是通过注册的方式来实现的。Linux内核中的fs_initcall和subsys_initcall类似，也是初始化模块的入口。fs_initcall调用inet_init后开始网络协议栈注册。通过inet_init，将这些函数注册到了inet_protos(传输层协议)和ptype_base（网络/链路层协议）数据结构中了。如下图:

相关代码如下

//file: net/ipv4/af_inet.cstatic const struct net_proto_family inet_family_ops = {.family = PF_INET,.create = inet_create,.owner  = THIS_MODULE,
};/* Upon startup we insert all the elements in inetsw_array[] into* the linked list inetsw.*/
static struct inet_protosw inetsw_array[] =
{{.type =       SOCK_STREAM,.protocol =   IPPROTO_TCP,.prot =       &tcp_prot,.ops =        &inet_stream_ops,.flags =      INET_PROTOSW_PERMANENT |INET_PROTOSW_ICSK,},{.type =       SOCK_DGRAM,.protocol =   IPPROTO_UDP,.prot =       &udp_prot,.ops =        &inet_dgram_ops,.flags =      INET_PROTOSW_PERMANENT,},{.type =       SOCK_DGRAM,.protocol =   IPPROTO_ICMP,.prot =       &ping_prot,.ops =        &inet_sockraw_ops,.flags =      INET_PROTOSW_REUSE,},{.type =       SOCK_RAW,.protocol =   IPPROTO_IP, /* wild card */.prot =       &raw_prot,.ops =        &inet_sockraw_ops,.flags =      INET_PROTOSW_REUSE,}
};static struct packet_type ip_packet_type __read_mostly = {.type = cpu_to_be16(ETH_P_IP),.func = ip_rcv,
};static const struct net_protocol tcp_protocol = {.early_demux    =  tcp_v4_early_demux,.handler =  tcp_v4_rcv,.err_handler =  tcp_v4_err,.no_policy   =  1,.netns_ok =  1,.icmp_strict_tag_validation = 1,
};static const struct net_protocol udp_protocol = {.early_demux = udp_v4_early_demux,.handler =  udp_rcv,.err_handler = udp_err,.no_policy =   1,.netns_ok =  1,
};static const struct net_protocol icmp_protocol = {.handler =    icmp_rcv,.err_handler =    icmp_err,.no_policy =  1,.netns_ok =  1,
};static int __init inet_init(void)
{struct inet_protosw *q;struct list_head *r;int rc = -EINVAL;sock_skb_cb_check_size(sizeof(struct inet_skb_parm));rc = proto_register(&tcp_prot, 1);if (rc)goto out;rc = proto_register(&udp_prot, 1);if (rc)goto out_unregister_tcp_proto;rc = proto_register(&raw_prot, 1);if (rc)goto out_unregister_udp_proto;rc = proto_register(&ping_prot, 1);if (rc)goto out_unregister_raw_proto;/**  Tell SOCKET that we are alive...*/(void)sock_register(&inet_family_ops);  // 协议族注册， socket函数的第一个参数#ifdef CONFIG_SYSCTLip_static_sysctl_init();
#endif/**   Add all the base protocols.*/if (inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP) < 0)  //协议注册，ip层协议解析后，再向上解析传输层调用 pr_crit("%s: Cannot add ICMP protocol\n", __func__);if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0)pr_crit("%s: Cannot add UDP protocol\n", __func__);if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0)pr_crit("%s: Cannot add TCP protocol\n", __func__);
#ifdef CONFIG_IP_MULTICASTif (inet_add_protocol(&igmp_protocol, IPPROTO_IGMP) < 0)pr_crit("%s: Cannot add IGMP protocol\n", __func__);
#endif/* Register the socket-side information for inet_create. */for (r = &inetsw[0]; r < &inetsw[SOCK_MAX]; ++r)INIT_LIST_HEAD(r);for (q = inetsw_array; q < &inetsw_array[INETSW_ARRAY_LEN]; ++q)  // 类型注册，对应socket中的第二个参数inet_register_protosw(q);/** Set the ARP module up*/arp_init();/**   Set the IP module up*/ip_init();tcp_v4_init();/* Setup TCP slab cache for open requests. */tcp_init();/* Setup UDP memory threshold */udp_init();/* Add UDP-Lite (RFC 3828) */udplite4_register();ping_init();/**   Set the ICMP layer up*/if (icmp_init() < 0)panic("Failed to create the ICMP control socket.\n");/**    Initialise the multicast router*/
#if defined(CONFIG_IP_MROUTE)if (ip_mr_init())pr_crit("%s: Cannot init ipv4 mroute\n", __func__);
#endifif (init_inet_pernet_ops())pr_crit("%s: Cannot init ipv4 inet pernet ops\n", __func__);/**  Initialise per-cpu ipv4 mibs*/if (init_ipv4_mibs())pr_crit("%s: Cannot init ipv4 mibs\n", __func__);ipv4_proc_init();ipfrag_init();dev_add_pack(&ip_packet_type);  //  注册到ptype_base， 接收报文时，根据协议进行相应的处理函数ip_tunnel_core_init();rc = 0;
out:return rc;
out_unregister_raw_proto:proto_unregister(&raw_prot);
out_unregister_udp_proto:proto_unregister(&udp_prot);
out_unregister_tcp_proto:proto_unregister(&tcp_prot);goto out;
}fs_initcall(inet_init);

proto_register注册函数，将对应协议加到proto_list链表中。proto_list是一个全局的静态链表，inet域支持的所有协议全部在这个链表中，但这个链表在协议栈中并没有太大用途，它只是用于在/proc/net/protocols文件中输出当前系统所支持的所有协议。

inet_register_protosw注册函数，将对协议加到 inetsw 数组中，在socket函数系统调用时选择具体的协议时会用到，发送报文时会用到。

int proto_register(struct proto *prot, int alloc_slab)
{if (alloc_slab) {......}mutex_lock(&proto_list_mutex);list_add(&prot->node, &proto_list);assign_proto_idx(prot);mutex_unlock(&proto_list_mutex);return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(proto_register);void inet_register_protosw(struct inet_protosw *p)
{struct list_head *lh;struct inet_protosw *answer;int protocol = p->protocol;struct list_head *last_perm;spin_lock_bh(&inetsw_lock);if (p->type >= SOCK_MAX)goto out_illegal;/* If we are trying to override a permanent protocol, bail. */last_perm = &inetsw[p->type];list_for_each(lh, &inetsw[p->type]) {answer = list_entry(lh, struct inet_protosw, list);/* Check only the non-wild match. */if ((INET_PROTOSW_PERMANENT & answer->flags) == 0)break;if (protocol == answer->protocol)goto out_permanent;last_perm = lh;}/* Add the new entry after the last permanent entry if any, so that* the new entry does not override a permanent entry when matched with* a wild-card protocol. But it is allowed to override any existing* non-permanent entry.  This means that when we remove this entry, the* system automatically returns to the old behavior.*/list_add_rcu(&p->list, last_perm);
out:spin_unlock_bh(&inetsw_lock);return;......
}

上面的代码中我们可以看到，udp_protocol结构体中的handler是udp_rcv，tcp_protocol结构体中的handler是tcp_v4_rcv，通过inet_add_protocol被初始化了进来。

int inet_add_protocol(const struct net_protocol *prot, unsigned char protocol){if (!prot->netns_ok) {pr_err("Protocol %u is not namespace aware, cannot register.\n",protocol);return -EINVAL;}return !cmpxchg((const struct net_protocol **)&inet_protos[protocol],NULL, prot) ? 0 : -1;
}

inet_add_protocol函数将tcp和udp对应的处理函数都注册到了 inet_protos （接收报文时，解析传输层应用）数组中了。

再看dev_add_pack(&ip_packet_type);这一行，ip_packet_type结构体中的type是协议名，func是ip_rcv函数，在dev_add_pack中会被注册到ptype_base（接收报文时，解析网络层使用）哈希表中。(上面在net_dev_init时，最多支持16个协议)

//file: net/core/dev.c
void dev_add_pack(struct packet_type *pt){struct list_head *head = ptype_head(pt);......
}
static inline struct list_head *ptype_head(const struct packet_type *pt){if (pt->type == htons(ETH_P_ALL))return &ptype_all;elsereturn &ptype_base[ntohs(pt->type) & PTYPE_HASH_MASK];
}

这里我们需要记住inet_protos记录着udp，tcp的处理函数地址，ptype_base存储着ip_rcv()函数的处理地址。后面我们会看到软中断中会通过ptype_base找到ip_rcv函数地址，进而将ip包正确地送到ip_rcv()中执行。在ip_rcv中将会通过inet_protos找到tcp或者udp的处理函数，再而把包转发给udp_rcv()或tcp_v4_rcv()函数。

扩展一下，如果看一下ip_rcv和udp_rcv等函数的代码能看到很多协议的处理过程。例如，ip_rcv中会处理netfilter和iptable过滤，如果你有很多或者很复杂的 netfilter 或 iptables 规则，这些规则都是在软中断的上下文中执行的，会加大网络延迟。再例如，udp_rcv中会判断socket接收队列是否满了。对应的相关内核参数是net.core.rmem_max和net.core.rmem_default。如果有兴趣，建议大家好好读一下inet_init这个函数的代码。

Linux数据报文接收发送总结6相关推荐

Linux数据报文接收发送总结1
0. 引如下简单的一段在代码,我们在Linux上运行:同时再运行一服务端的回显: #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #inc ...
Linux数据报文接收发送总结5
2.2 网络子系统初始化 linux内核通过调用subsys_initcall来初始化各个子系统,在源代码目录里你可以grep出许多对这个函数的调用.这里我们要说的是网络子系统的初始化,会执行到net ...
Linux数据报文接收发送总结4
二.系统初始化 Linux驱动,内核协议栈等等模块在具备接收网卡数据包之前,要做很多的准备工作才行.比如要提前创建好ksoftirqd内核线程,要注册好各个协议对应的处理函数,网络设备子系统要提前初始 ...
Linux数据报文接收发送总结3
1.3 协议分层大概了解了网卡驱动.硬中断.软中断和ksoftirqd线程之后,我们在这几个概念的基础上给出一个内核收包的路径示意: 当网卡上收到数据以后,Linux中第一个工作的模块是网络驱动.网 ...
Linux数据报文接收发送总结2
1. 准备工作此处重点介绍基础概念,为后面介绍数据包收发打下基础.本次代码层面基于Linux 4.4 Kernel. 1.1 系统调用 Linux的系统运行分为用户态和内核态,内核态控制着系统资源. ...
Linux数据报文接收发送总结7
2.4 网卡驱动初始化每一个驱动程序(不仅仅只是网卡驱动)会使用 module_init 向内核注册一个初始化函数,当驱动被加载时,内核会调用这个函数.比如igb网卡驱动的代码位于drivers/n ...
linux网络报文接收发送浅析_Docker容器网络-基础篇
Docker的技术依赖于Linux内核的虚拟化技术的发展,Docker使用到的网络技术有Network Namespace.Veth设备对.Iptables/Netfilter.网桥.路由等.接下来, ...
Linux SYN报文接收及发送SYNACK报文
注:本文分析基于3.10.0-693.el7内核版本,即CentOS 7.4 在分析connect()系统调用时,我们已经发送SYN报文,所以服务端就需要作出回应了.我们依然只分析TCP层的操作.SY ...
linux IPv4报文处理浅析
在<linux网络报文接收发送浅析>一文中介绍了数据链路层关于网络报文的处理. 对于接收到的报文,如果不被丢弃.不被网桥转发,会调用netif_receive_skb()提交给IP层: 而 ...

Linux数据报文接收发送总结6

2.3 协议栈注册

Linux数据报文接收发送总结6相关推荐

最新文章

热门文章