記錄一下linux數據包從網卡進入協議棧的過程，不涉及驅動，不涉及其他層的協議處理。

內核是如何知道網卡收到數據的，這就涉及到網卡和內核的交互方式：

輪詢(poll)：內核周期性的檢查網卡，查看是否收到數據。優點：數據包非常多的時候，這種處理方法會非常快速有效。缺點：數據包少的時候會CPU總是輪詢卻沒有收到數據包，造成CPU資源的浪費。這種方法很少使用。

中斷(interrupt)：網卡收到數據就給內核發送硬件中斷打斷內核的正常運行，讓內核來處理數據包。優點：在數據包少的時候CPU能及時中斷其他任務來處理數據包，比較高效。缺點：數據包多的時候每個數據包都引發一次中斷，造成CPU頻繁地在收包過程和其他過程之間切換，浪費時間。在極端情況下收包中斷可能會一直搶占CPU造成軟中斷無法運行，收包隊列得不到處理，進而造成大量丟包。這就是所謂的receive-livelock。

Llinux早期是采用中斷的方式處理數據包的，之后引入了另一種方式NAPI，NAPI結合了輪詢和中斷的優點，在數據包少的時候采用中斷方式，數據包多的時候采用輪詢的方式，從而在兩種極端情況下也會有比較好的表現。

在NAPI下收包的過程

先看一個比較關鍵的結構softnet_data，每個邏輯CPU都有一個softnet_data結構，這個結構的poll_list是非常重要的。

struct softnet_data {struct net_device *output_queue;//收報隊列，這個隊列是給傳統收報方法兼容新收報架構用的(backlog_dev)，用來模擬NAPI的struct sk_buff_head input_pkt_queue;//用于收包的net_devicestruct list_head poll_list;struct sk_buff *completion_queue;//backlog_dev是一個偽造的net_device用來來處理input_pkt_queue里的數據struct net_device backlog_dev; /* Sorry. 8) */ };

收包過程可以分成兩步：

當網卡收到數據包中斷發生，中斷處理程序就會把當前網卡的net_device插入當前CPU的softnet_data的poll_list鏈表，調度軟中斷。

?軟中斷處理鏈表poll_list，讀出數據包，放入協議棧。

第一步的中斷的代碼可以參考drivers/net/tg3.c文件的tg3_interrupt函數，中斷發生的時候它會調用netif_rx_schedule把當前網卡的net_device插入當前CPU的softnet_data的poll_list鏈表。netif_rx_schedule函數又調度了軟中斷NET_RX_SOFTIRQ。大致結構就是下圖這樣子

第二步軟中斷在合適的時機得以執行，看一下他的執行過程：

static void net_rx_action(struct softirq_action *h) {struct softnet_data *queue = &__get_cpu_var(softnet_data);unsigned long start_time = jiffies;//預算，所有網卡的總配額int budget = netdev_budget;void *have;local_irq_disable();while (!list_empty(&queue->poll_list)) {struct net_device *dev;//預算用完了，或者時間太長了，跳出等下一輪處理if (budget <= 0 || jiffies - start_time > 1)goto softnet_break;local_irq_enable();dev = list_entry(queue->poll_list.next,struct net_device, poll_list);have = netpoll_poll_lock(dev);if (dev->quota <= 0 || dev->poll(dev, &budget)) {netpoll_poll_unlock(have);local_irq_disable();//沒處理完，放到隊尾準備下次處理，注意是list_move_tai，不是//list_insert_taillist_move_tail(&dev->poll_list, &queue->poll_list);if (dev->quota < 0)dev->quota += dev->weight;elsedev->quota = dev->weight;} else {netpoll_poll_unlock(have);dev_put(dev);local_irq_disable();}}//省略部分代碼 }

軟中斷不能長時間占用CPU，否則會造成用戶態進程長時間得不到調度，net_rx_action也一樣。所以net_rx_action函數每次執行最多會處理budget個數據包（所有網卡都算），同時這budget個數據包也需要平均分配，不能只處理一個網卡造成其他網卡得不到處理，net_device的weight和quota是用來處理這個問題的。這個代碼的大概意思是每次從poll_list里取出一個網卡，調用該網卡的poll函數盡可能多的收包（但是不會超過weight），poll函數收包后調用netif_receive_skb把數據包放入協議棧。如果網卡里的數據包沒處理完就會把net_device繼續放到poll_list鏈表等待下一次軟中斷繼續處理，如果網卡里的數據包處理完了就把該net_device從poll_list摘除。

傳統中斷收包方式

linux網卡驅動還有部分是用的傳統中斷收包方式，為了兼容也都挪到了NAPI架構上。用softnet_data結構的backlog_dev偽造了一個net_device。中斷發生的時候把數據包放到了softnet_data結構的input_pkt_queue鏈表里。

static int __init net_dev_init(void) { //省略部分代碼 for_each_possible_cpu(i) {struct softnet_data *queue;queue = &per_cpu(softnet_data, i);skb_queue_head_init(&queue->input_pkt_queue);queue->completion_queue = NULL;INIT_LIST_HEAD(&queue->poll_list);set_bit(__LINK_STATE_START, &queue->backlog_dev.state);queue->backlog_dev.weight = weight_p;queue->backlog_dev.poll = process_backlog;atomic_set(&queue->backlog_dev.refcnt, 1);} }

軟中斷的處理過程和NAPI類似。

轉載于:https://www.cnblogs.com/4a8a08f09d37b73795649038408b5f33/p/11475249.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux网络收包过程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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