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        SKB路由缓存与SOCK路由缓存交互知识讲解
        2019-02-19 10:07:08         来源:redwings的博客  
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        skb结构体中的成员_skb_refdst与sock结构体中成员sk_rx_dst(缓存入口路由)和sk_dst_cache(缓存出口路由)成员之间的交互操作。

        SOCK入口路由与SKB路由缓存

        内核在接收流程中,调用early_demux函数提前在IP层做established状态的sock查找,并负责将sock结构体成员sk_rx_dst的路由缓存赋值给skb成员_skb_refdst,对于UDP协议,先判断DST_NOCACHE标志,如果成立,增加dst引用计数,设置skb的dst;否则,调用skb_dst_set_noref直接进行设置。

        void udp_v4_early_demux(struct sk_buff *skb)
        {
            dst = READ_ONCE(sk->sk_rx_dst);
        
            if (dst)
                dst = dst_check(dst, 0);
            if (dst) {
                /* DST_NOCACHE can not be used without taking a reference */
                if (dst->flags & DST_NOCACHE) {
                    if (likely(atomic_inc_not_zero(&dst->__refcnt)))
                        skb_dst_set(skb, dst);
                } else {
                    skb_dst_set_noref(skb, dst);
                }
            }
        }

        对于TCP协议,直接调用skb_dst_set_noref函数,将sock结构体成员sk_rx_dst缓存到skb结构体中。

        void tcp_v4_early_demux(struct sk_buff *skb)
        {
            if (sk->sk_state != TCP_TIME_WAIT) {
                struct dst_entry *dst = sk->sk_rx_dst;
        
                if (dst)
                    dst = dst_check(dst, 0);
                if (dst &&
                    inet_sk(sk)->rx_dst_ifindex == skb->skb_iif)
                    skb_dst_set_noref(skb, dst);
            }
        }

        同样都为early_demux函数,都是从sk->sk_rx_dst获取路由缓存,tcp和udp的存在明显差别。TCP直接赋值,UDP需要先判断DST_NOCACHE标志。此情况是由UDP与TCP在sock中缓存dst时的处理不同造成的,TCP预先调用了dst_hold_safe函数,进行了DST_NOCACHE标志的判断处理,如未缓存则增加了引用计数。然而,UDP在缓存路由dst时,使用xchg函数,未判断也未增加引用计数,所以需要在后续判断处理。

        static inline bool dst_hold_safe(struct dst_entry *dst)
        {
            if (dst->flags & DST_NOCACHE)
                return atomic_inc_not_zero(&dst->__refcnt);
            dst_hold(dst);
        }
        
        void inet_sk_rx_dst_set(struct sock *sk, const struct sk_buff *skb)
        {
            struct dst_entry *dst = skb_dst(skb);
        
            if (dst && dst_hold_safe(dst)) {
                sk->sk_rx_dst = dst;
                inet_sk(sk)->rx_dst_ifindex = skb->skb_iif;
            }
        }
        
        static void udp_sk_rx_dst_set(struct sock *sk, struct dst_entry *dst)
        {
            struct dst_entry *old;
        
            dst_hold(dst);
            old = xchg(&sk->sk_rx_dst, dst);
            dst_release(old);
        }


        SOCK出口路由与SKB路由缓存

        对于UDP协议客户端,其在connect时(UDP客户端connect不同于TCP,仅绑定通信端地址),查询路由,缓存到sock结构体的sk_dst_cache中。

        int ip4_datagram_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)
        {
            rt = ip_route_connect(...);
            sk_dst_set(sk, &rt->dst);
        }
        之后,发送UDP数据包时,检查sock结构体中的出口路由是否有效,有效的话可不用再次查询路由表,在函数ip_make_skb中直接使用rt,并且调用skb_dst_set赋值给skb的_skb_refdst结构体,以便在发送过程中使用。

        对于UDP服务端,在首次发包检测到rt为空时,查询路由表得到出口路由,缓存在sock结构中,之后发包时rt有效,省去再次查询。

        struct sk_buff *__ip_make_skb(...)
        {
            skb_dst_set(skb, &rt->dst);
        }
        
        int udp_sendmsg(...)
        {
            if (connected)
                rt = (struct rtable *)sk_dst_check(sk, 0);
            if (rt == NULL) {
                rt = ip_route_output_flow(net, fl4, sk);
                if (connected)
                    sk_dst_set(sk, dst_clone(&rt->dst));
            }
        
            skb = ip_make_skb(sk, fl4, getfrag, msg->msg_iov, ulen,
                    sizeof(struct udphdr), &ipc, &rt,
                    msg->msg_flags);
        }

        IP层发送数据包时(调用ip_queue_xmit),检测sock结构中出口路由缓存,如果有效,设置到skb结构体中。否则重新进行出口路由查找。

        int ip_queue_xmit(struct sk_buff *skb, struct flowi *fl)
        {
            rt = (struct rtable *)__sk_dst_check(sk, 0);
            if (rt == NULL) {
                rt = ip_route_output_ports(...);
                sk_setup_caps(sk, &rt->dst);
            }
            skb_dst_set_noref(skb, &rt->dst);
        }

        内核版本

        linux-3.10.0

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