[導讀]本系列文章1-4，來源于陳莉君老師公眾號“Linux內核之旅”1.前言本文首先從宏觀上概述了數據包發(fā)送的流程，接著分析了協議層注冊進內核以及被socket的過程，最后介紹了通過socket發(fā)送網絡數據的過程。2.數據包發(fā)送宏觀視角從宏觀上看，一個數據包從用戶程序到達硬件網卡的整個...
本系列文章1-4，來源于陳莉君老師公眾號“Linux內核之旅”
1. 前言
本文首先從宏觀上概述了數據包發(fā)送的流程，接著分析了協議層注冊進內核以及被socket的過程，最后介紹了通過 socket 發(fā)送網絡數據的過程。2. 數據包發(fā)送宏觀視角
從宏觀上看，一個數據包從用戶程序到達硬件網卡的整個過程如下：- 使用系統(tǒng)調用（如?
sendto，sendmsg?等）寫數據 - 數據穿過socket 子系統(tǒng)，進入socket 協議族（protocol family）系統(tǒng)
- 協議族處理：數據穿過協議層，這一過程（在許多情況下）會將數據（data）轉換成數據包（packet）
- 數據穿過路由層，這會涉及路由緩存和 ARP 緩存的更新；如果目的 MAC 不在 ARP 緩存表中，將觸發(fā)一次 ARP 廣播來查找 MAC 地址
- 穿過協議層，packet 到達設備無關層（device agnostic layer）
- 使用 XPS（如果啟用）或散列函數選擇發(fā)送隊列
- 調用網卡驅動的發(fā)送函數
- 數據傳送到網卡的?
qdisc（queue discipline，排隊規(guī)則） - qdisc 會直接發(fā)送數據（如果可以），或者將其放到隊列，下次觸發(fā)NET_TX 類型軟中斷（softirq）的時候再發(fā)送
- 數據從 qdisc 傳送給驅動程序
- 驅動程序創(chuàng)建所需的DMA 映射，以便網卡從 RAM 讀取數據
- 驅動向網卡發(fā)送信號，通知數據可以發(fā)送了
- 網卡從 RAM 中獲取數據并發(fā)送
- 發(fā)送完成后，設備觸發(fā)一個硬中斷（IRQ），表示發(fā)送完成
- 硬中斷處理函數被喚醒執(zhí)行。對許多設備來說，這會觸發(fā) NET_RX 類型的軟中斷，然后 NAPI poll 循環(huán)開始收包
- poll 函數會調用驅動程序的相應函數，解除 DMA 映射，釋放數據
3. 協議層注冊
協議層分析我們將關注 IP 和 UDP 層，其他協議層可參考這個過程。我們首先來看協議族是如何注冊到內核，并被 socket 子系統(tǒng)使用的。當用戶程序像下面這樣創(chuàng)建 UDP socket 時會發(fā)生什么？sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)
簡單來說，內核會去查找由 UDP 協議棧導出的一組函數（其中包括用于發(fā)送和接收網絡數據的函數），并賦給 socket 的相應字段。準確理解這個過程需要查看?AF_INET?地址族的代碼。內核初始化的很早階段就執(zhí)行了?inet_init?函數，這個函數會注冊?AF_INET?協議族 ，以及該協議族內的各協議棧（TCP，UDP，ICMP 和 RAW），并調用初始化函數使協議棧準備好處理網絡數據。inet_init?定義在net/ipv4/af_inet.c 。AF_INET?協議族導出一個包含?create?方法的?struct net_proto_family?類型實例。當從用戶程序創(chuàng)建 socket 時，內核會調用此方法：static const struct net_proto_family inet_family_ops = {
.family = PF_INET,
.create = inet_create,
.owner = THIS_MODULE,
};
inet_create?根據傳遞的 socket 參數，在已注冊的協議中查找對應的協議：/* Look for the requested type/protocol pair. */
lookup_protocol:
err = -ESOCKTNOSUPPORT;
rcu_read_lock();
list_for_each_entry_rcu(answer, 
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