網路子系統初始化 ipv4模組載入時初始化

2021-05-23 14:37:56 字數 3293 閱讀 3418

下面分四部分對其進行解讀。

1.首先是三個proto_register(),分別註冊了tcp_prot,udp_prot,raw_prot三個協議(struct proto[include/net/sock.h:594])(這三個物件在後面的初始化過程中還會涉及到,可以比較一下出現這兩次的目的何在),跟到proto_register()[net/core/sock.c:2041]中看一下,首先是乙個大的if,為這個proto分配了幾個必要的slab。之後做了什麼呢?

只是把它加到了全域性變數proto_list[net/sock/sock.c:1937]中,這個鍊錶在核心裡又起什麼作用呢?因為proto_list是靜態全域性變數,也就是說只有在該檔案中才能被訪問到,所以不妨在該檔案中對其搜尋一下:經過搜尋發現,proto_list除了在proto_register和proto_unregister中被使用到,就只有在proc_fs中被使用,也就是輸出目前proto_list鍊錶中所有節點的狀態。

2.sock_register()[net/socket.c:2151]。該函式的實現也很簡單:向net_families[net/socket.c:150]中註冊乙個新的協議族(struct net_proto_family[include/linux/net.h:192])。協議族是linux網路模組劃分的最大單位,每個協議族都被分配了乙個協議族號(在include/linux/socket.h:158~232中定義),從該檔案中可以看出目前最大的協議族號只有35,即af_phonet。既然協議族的數量很少,那麼net_families就採用了一種最高效的資料結構:陣列。35個net_proto_family的空間都是預分配的,只有在註冊時才會向該協議族自己的位置上增加對應的family,create和owner。

到此為止,af_inet對上層的初始化操作基本完成,在此可以看到乙個網路協議(確切的說是協議族)模組初始化的一般流程。兩個步驟:proto_register()然後sock_register()。先註冊proto,然後註冊net_proto_family。每個協議族至少包含乙個協議,如協議族netlink(net/netlink/af_netlink)就只有乙個協議netlink。

下面的初始化操作就和上層沒有多大關係了,主要是af_inet內部協議的初始化。

3.inet_add_protocol()[net/ipv4/protocol.c:53]。向af_inet註冊乙個協議,注意此時的註冊的協議為struct net_protocol[include/net/protocol.h:36]。inet_add_protocol()的實現很簡單,只是將協議設定到靜態變數inet_protos[net/ipv4/protocol.c:46]陣列中。inet_protos的宣告有些奇怪,下面我們來看一下

後面加了乙個____cacheline_aligned_in_smp,根據它的名字可以看出,它的作用是在多處理器環境下對齊cacheline,而cacheline又是什麼東西呢?可以參考http://blog.csdn.net/pennyliang/archive/2010/10/20/5953939.aspx,一位牛人的blog,這篇文章大致介紹了一下為什麼cacheline aligned對齊能夠在多處理器環境下加速。

inet_protos在include/net/protocol.h:98中被extern,那這樣的話我們只有對整個核心進行grep了(也可以使用網上的lxr,但只恐找不全或核心版本不匹配),經過grep,可以確定該變數只在net/ipv4/目錄下的af_inet.c,icmp.c,ip_input.c,protocol.c四個檔案中被使用,且前三個檔案中只是使用rcu_dereference()對陣列中的某乙個協議進行引用,協議的增加和刪除都在protocol.c中。

todo:至於這些協議是怎麼被上層呼叫到的,目前還不清楚。

4.inet_register_protosw()[net/ipv4/af_inet.c:967]。向inetsw[net/ipv4/af_inet.c:124]註冊乙個struct inet_protosw,這個結構體很簡單:

成員type和protocol分別指代socket型別,協議號。socket型別即bsd socket中標準的幾個型別,像sock_stream,sock_dgram,sock_raw等等;協議號就是第三節中所提到的af_inet的協議號。

下面兩個成員是兩組函式介面:prot和ops。我們可以發現,prot就是在第一節proto_register()中註冊的協議,可見,這層協議是給上層使用的;ops這一套函式介面在之後就會發現它位於prot下方。

現在可以明白struct inet_protosw的作用了:它的目的就是承上啟下,起到銜接bsd socket介面和af_inet協議族介面的作用。

再來看inetsw這個全域性變數,它又是做什麼作用的呢?grep看一下,很明顯,除了在inet_register_protosw註冊的使用使用到該變數以外,就只有在inet_create()[net/ipv4/af_inet.c:265]函式中使用了。我們現在只要知道,inet_create()是af_inet在建立socket時候的總入口點(下一章會對其進行詳細剖析),那這就很明白了,inetsw就是為inet_create服務,在建立socket的時候方便它找到協議介面,正如inetsw宣告時所說:"the inetsw table contains everything that inet_create needs to build a new socket."

說到inetsw,就不得不提及inetsw_array[net/ipv4/af_inet.c:930],inetsw就是根據它初始化的,可以看到這裡定義了tcp,udp和ip三個協議的inet_protosw型別。值得關注的是ip的protocol欄位,它設定的ipproto_ip巨集的值為0,我們再到iana查一下這個協議號,iana上顯示這個協議是"ipv6 hop-by-hop option"!為什麼會不一致呢?下面說一下我的理解:

我們知道在tcp/ip協議中,ip位於l3網路層,tcp,udp位於l4傳輸層,bsd socket所用到的protocol應該是指l4的協議,那ip協議當然不在其中。但bsd socket的sock_raw型別該如何實現呢?所以就有了這個ipproto_ip,在注釋中有這樣對它的乙個形容:"wild card",直譯是百搭牌,可以指代任何型別的協議。實現sock_raw的難度太大,只有把這張牌打出來了...百搭的體現可以在後面對inet_create()的剖析中找到。sock_raw這種型別目前我還沒有怎麼接觸,不好做評價。

接下來呼叫的幾個初始化函式都是和具體的protocol相關的,介紹到具體的protocol時再具體釋義。下一章我們會從af_inet協議族的inet_create方法入手,是它引出了所有後面的故事。

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