TCP/IP协议族详解：互联网的基础

TCP-IP详解卷

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簇。传统上用1 0 2 4 字节的原因是为了节约存储器：如果簇的大小是 2 0 4 8 ，对于以太网

分组(最大1 5 0 0字节)，每个簇大约有四分之一没有用。在 2 7 . 5 节中我们会看到 N e t / 3

T C P发送的每个 T C P 报文段从来不超过一簇大小，因为当簇的大小为 1 0 2 4 时，每个

1 5 0 0字节的以太网帧几乎三分之一未用。但是 [Mogul 1993，图1 5 - 1 5 ] 显示了当在以太

网中发送最大帧而不是 1 0 2 4字节的帧时能明显提高以太网的性能。这就是一种性能 /存

储器互换。老的系统使用 1 0 2 4 字节簇来节约存储器，而拥有廉价存储器的新系统用

2 0 4 8 字节的簇来提高性能。在本书中我们假定一簇的大小是 2 0 4 8 字节。

图2-1 根据不同m _ f l a g s 值的四种不同类型的m b u f

不幸的是，我们所说的“簇 ( c l u s t e r )”用过不同的名字。常量 M C L B Y T E S是这些

缓存( 1 0 2 4 或2 0 4 8 ) 的大小，操作这些缓存的宏的名字是 M C L G E T 、M C L A L L O C和

M C L F R E E。这就是为什么称它们为“簇”的原因。但我们还看到 m b u f 的标志是

M _ E X T ，它代表“外部的”缓存。最后， [ L e ffler et al. 1989]称它们为映射页( m a p p e d

p a g e )。这后一种称法来源于它们的实现，在 2 . 9节我们会看到当要求一个副本时，这

些簇是可以共享的。

我们可能会希望这种类型的 m b u f 的m _ l e n 的最小值是2 0 9而不是我们在图中所示

第 2章 mbuf：存储器缓存计计25

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2048字节的簇

(外部缓存)

100字节的

缓存：

m.pktdat

108字节的

缓存：

m_dat

m_hdr{}

(20字节)

pkthdr{}

(8字节)

m_ext{}

(12字节)

2048字节的簇

(外部缓存)

• 带有簇的m b u f 总是包含缓存的起始地址(m _ e x t . e x t _ b u f )和它的大小(m _ e x t . e x t _ s i z e)。

我们在本书采用的大小为 2 0 4 8 。成员m _ d a t a 和m _ e x t . e x t _ b u f值是不同的(如我们所

示)，除非m _ d a t a也指向缓存的第一个字节。结构 m _ e x t 的第三个成员 e x t _ f r e e ，

N e t / 3当前未用。

• 指针m _ n e x t把m b u f链接在一起，把一个分组 (记录)形成一条m b u f链表，如图1 - 8所示。

• 指针m _ n e x t p k t 把多个分组(记录)链接成一个m b u f 链表队列。在队列中的每个分组可

以是一个单独的 m b u f ，也可以是一个 m b u f链表。每个分组的第一个 m b u f 包含一个分组

首部。如果多个m b u f定义一个分组，只有第一个 m b u f 的成员m _ n e x t p k t被使用

—

链

表中其他m b u f的成员m _ n e x t p k t 全是空指针。

图2 - 2 所示的是在一个队列中的两个分组的例子。它是图 1 - 8的一个修改版。我们已经把

U D P 数据报放到接口输出队列中 (显示出1 4字节的以太网首部已经添加到链表中第一个 m b u f 的

I P 首部前面)，并且第二个分组已经被添加到队列中： T C P 段包含1 4 6 0字节的用户数据。 T C P

数据包含在一个簇中，并且有一个 m b u f 包含了它的以太网、 I P 与T C P 首部。通过这个簇，我

们可以看到指向簇的数据指针 (m _ d a t a)不需要指向簇的起始位置。我们所示的队列有一个头

指针和一个尾指针。这就是 N e t / 3 处理接口输出队列的方法。我们给有 M _ E X T 标志的m b u f 还添

加了一个m _ e x t 结构，并且用阴影表示这个 m b u f中未用的p k t h d r结构。

带有U D P 数据报分组首部的第一个 m b u f 的类型是M T _ D A T A ，但带有T C P报文段

分组首部的第一个m b u f 的类型是M T _ H E A D E R 。这是由于U D P 和T C P采用了不同的方

式往数据中添加首部造成的，但没有什么不同。这两种类型的 m b u f本质上一样。链

表中第一个m b u f的m _ f l a g s 的值M _ P K T H D R 指示了它是一个分组首部。

仔细的读者可能会注意到我们显示一个 m b u f的图(Net/3 mbuf，图2 - 1 )与显示一个

Net/1 mbuf的图[ L e ffler et al. 1989，p . 2 9 0 ]的区别。这个变化是在 N e t / 2 中造成的：添

加了成员 m _ f l a g s ，把指针 m _ a c t 改名为 m _ n e x t p k t ，并把这个指针移到这个

m b u f的前面。

在第一个m b u f中，U D P 与T C P协议首部位置的不同是由于 U D P 调用M _ P R E P E N D

(图2 3 - 1 5和习题2 3 . 1 ) 而T C P调用M G E T H D R (图2 6 - 2 5 )造成的。

2.2 代码介绍

m b u f函数在一个单独的C文件中，并且m b u f宏与各种m b u f 定义都在一个单独的头文件中，

如图2 - 3 所示。

文件说明

s y s / m b u f . h m b u f结构、m b u f宏与定义

k e r n / u i p c _ m b u f . c m b u f函数

图2-3 本章讨论的文件

2.2.1 全局变量

在本章中有一个全局变量要介绍，如图 2 - 4所示。

第 2章 mbuf：存储器缓存计计27

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