Linux网络报文处理:协议栈与驱动交互解析
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更新于2024-08-11
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"这篇教程主要关注的是Linux网络协议栈中的报文处理,特别是协议栈接手处理函数`netif_receive_skb`。在Linux网络系统中,`netif_receive_skb`是接收网络数据包的关键函数,它负责从网络接口层向上传递接收到的数据。本文将深入探讨Linux报文转发流程,以及在软中断上下文中如何处理这些报文。"
在Linux中,网络数据包的处理流程通常包括以下几个步骤:
1. **硬件接收**:当网络设备(如网卡)接收到数据包时,会触发硬件中断。硬件中断通知CPU有新的数据需要处理。
2. **驱动程序处理**:驱动程序注册的中断服务程序被调用,它负责从硬件接收缓冲区读取数据包,并将其封装到`sk_buff`(socket buffer)结构中。`sk_buff`是Linux内核中用于存储网络数据包的通用数据结构。
3. **软中断处理**:硬件中断处理完毕后,数据包会被传递到软中断上下文。在`NET_RX_SOFTIRQ`软中断处理程序中,NAPI(Non-Blocking Polling Interface,非阻塞轮询接口)机制被用来高效地处理报文。NAPI避免了频繁的硬中断,通过轮询方式处理报文,提高了性能。每个CPU都有自己的NAPI列表,其中包含待处理的`napi_struct`结构。
4. **NAPI poll函数**:`napi_struct`中的`poll`函数被调用,它执行实际的报文接收操作。`poll`函数会尝试处理一定数量的报文(由`weight`字段指定),直到达到预期的处理量或者没有更多的报文可供处理。
5. **协议栈接手**:一旦`poll`函数完成工作,`netif_receive_skb`函数接管处理。它会检查报文的类型和其他属性,如VLAN标签,并根据需要调用相应的处理函数。例如,如果报文是通过VLAN硬件加速接收的,`vlan_hwaccel_do_receive`函数会被调用。
6. **协议栈处理**:`netif_receive_skb`进一步将数据包传递到协议栈上层,如IP层、TCP/UDP层等,进行协议解析和处理。最终,数据包可能会被路由到本地应用程序,或转发到网络中的其他目的地。
7. **报文发送**:对于发送数据包,驱动程序同样扮演关键角色,它负责将`sk_buff`中的数据写入网络设备的发送缓冲区,然后启动硬件发送过程。
了解这些流程对于网络开发人员来说至关重要,它可以帮助优化性能、诊断网络问题并实现高效的网络应用。在处理大量小包或高负载网络环境中,NAPI的使用尤为关键,因为它减少了硬中断的开销,提升了系统整体性能。
2018-12-25 上传
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