Linux内核源码剖析（套装上下册）

章节摘录

插图：尽管技术有了巨大的进步，但是TCP／IP协议栈的处理方式却几乎没有变化。也就是说，即便用户使用最先进的CPU，依然要处理那些未经优化的TCP／IP协议，由此产生巨大的系统开销。例如，TCP／IP的传输过程中需要封装、解包，这些动作对于处理器而言并不是一个复杂的过程，但是会占用处理器周期，而且网络带宽越高，这个问题越严重。系统开销的增大不仅仅表现在占用较多的处理器周期，还会导致处理网络相关数据时的内存访问效率降低。这又会进一步降低CPU效能和网络效率。过去，网络流量较低，处理网络相关数据所产生的开销，远远低于用于执行正常任务的开销，所以并未引起重视。现在，随着网络流量大幅度提升，处理网络相关数据所产生的系统开销越来越不能忽视，甚至已经影响到了正常应用。现有几种解决方案：  （1）TSO（TCP Segmentation Offioad）  通过网络设备上的专用处理器处理部分或者全部的封包，借此来降低对于系统处理器资源的占用，不过这种解决方案只对具有某些特征的数据包有效。（2）RDMA（。Remote Direct MemoryAccess，远程直接内存访问）发送端系统直接将有效数据送至目的系统指定的内存中，无需移动数据包的时间消耗，因此大大提升了网络传输的效率。但是这种技术需要专用的网络设备，应用程序也需要进行修改，甚至还增加了一个RDMA层的封装过程，而且这种操作风险较高，因此目前看来还不是一个吸引人的解决方案。  （3）Onloading技术  将系统处理器作为处理网络流量的第一引擎，尽可能地提升CP[J处理网络数据包的效率，这种思想已经被英特尔借鉴。

前言

有人宣称Linux人才是未来20年IT职场中的王者。无论这种说法有多夸张，有一个事实是不可否认的，那就是，近年来Linux的市场份额不断增长，Linux正在受到越来越多的关注乃至推崇。由于Linux可广泛地应用到各种系统，包括很多嵌入式系统上，以及其他的诸多优点，如开放、高效、丰富的网络功能等，这种趋势在可预计的未来还将持续。目前，国内对Linux各方面的研究工作没有国外那样广泛和深入，相关的出版物水准参差不齐。特别是在网络的实现方面，有些著作针对性不强，有些则缺少了重要的传输层协议实现的论述，还有一些虽然有比较全面的介绍，却不够深入，选用的Linux版本也比较旧。针对以上情况，本书选择了较新的2.6.2 0版本内核RCP／IP实现作详细的论述，在重要的细节处甚至逐行分析，并在此基础上，对代码背后的机制和原理作了深入的阐述，将各关键点连成一个整体，帮助读者理清整个Linux网络部分的脉络。作者本着严谨的态度，在写作过程中参阅了大量的中英文资料及相关的文档。相信本书可以成为那些希望深入了解Linux的TCP／IP协议栈、网络部分实现的人们的有力工具。本书共有33章，通过自底向上的方法来论述TCP／IP的实现，从数据链路层开始，然后是网络层（IP、ICMP、IGMP、路由以及邻居子系统和IP组播），接下来是套接口，最后是传输层（TCP和UDP）。在学习的时候也可以采用自顶向下的方法（从传输层开始向下），或者结合以上两种方法。要理解一个系统的运行机制，对于一个专业人员来说，代码是最为直接也最为可靠的资源。Linux普及面不断扩展，越来越多的人会想通过研读内核代码来了解Linux系统，一来是更好地解决具体工作中的相关问题，二来是从Linux这个高质量的操作系统中学习到更多的编程、架构等技术。本书的特点如下：选择的内核版本新，内容不会在短期内过时。对代码作了详细的论述，在此基础上进一步分析了代码背后的机制和原理，为读者理清了整个框架的脉络，帮助读者避免迷失在细节中。写作过程中参阅了大量中英文资料和相关的文档，对内核代码更是作了长时间深入细致的研究和分析，在细节处反复推敲，以确保本书的质量。

书籍目录

上 册 目 录

前言



第1章  预备知识
1

1.1  应用层配置诊断工具
2

1.1.1  iputils
2

1.1.2  net-tools
2

1.1.3  iproute2
2

1.2  内核空间与用户空间的接口
2

1.2.1  procfs
2

1.2.2  sysctl(/proc/sys目录)
4

1.2.3  sysfs(/sys文件系统)
5

1.2.4  ioctl系统调用
6

1.2.5  netlink套接口
6

1.3  网络I/O加速
6

1.3.1  TSO/GSO
7

1.3.2  I/O AT
8

1.4  其他
8

1.4.1  slab分配器
9

1.4.2  RCU
9

第2章  网络体系结构概述
10

2.1  引言
10

2.2  协议简介
10

2.3  网络架构
11

2.4  系统调用接口
11

2.5  协议无关接口
12

2.6  传输层协议
12

2.7  套接口缓存
13

2.8  设备无关接口
14

2.9  设备驱动程序
14

2.10  网络模块源代码组织
14

第3章  套接口缓存
15

3.1  引言
15

3.2  sk_buff结构
15

3.2.1  网络参数和内核数据结构
16

3.2.2  SKB组织相关的变量
19

3.2.3  数据存储相关的变量
20

3.2.4  通用的成员变量
21

3.2.5  标志性变量
24

3.2.6  特性相关的成员变量
25

3.3  skb_shared_info结构
25

3.3.1 "零拷贝"技术
25

3.3.2  对聚合分散I/O数据的支持
27

3.3.3  对GSO的支持
30

3.3.4  访问skb_shared_info结构
31

3.4  管理函数
31

3.4.1  SKB的缓存池
31

3.4.2  分配SKB
32

3.4.3  释放SKB
34

3.4.4  数据预留和对齐
36

3.4.5  克隆和复制SKB
38

3.4.6  链表管理函数
42

3.4.7  添加或删除尾部数据
42

3.4.8  拆分数据：skb_split()
44

3.4.9  重新分配SKB的线性数据区：

pskb_expand_head()
46

3.4.10  其他函数
46

第4章  网络模块初始化
48

4.1  引言
48

4.2  网络模块初始化顺序
48

4.3  优化基于宏的标记
49

4.4  网络设备处理层初始化
52

第5章  网络设备
55

5.1  PCI设备
55

5.1.1  PCI驱动程序相关结构
55

5.1.2  注册PCI驱动程序
57

5.2  与网络设备有关的数据结构
59

5.2.1  net_device结构
59

5.2.2  网络设备有关结构的组织
71

5.2.3  相关函数
72

5.3  网络设备的注册
73

5.3.1  设备注册的时机
73

5.3.2  分配net_device结构空间
73

5.3.3  网络设备注册过程
75

5.3.4  注册设备的状态迁移
79

5.3.5  设备注册状态通知
79

5.3.6  引用计数
80

5.4  网络设备的注销
80

5.4.1  设备注销的时机
80

5.4.2  网络设备注销过程
81

5.5  网络设备的启用
86

5.6  网络设备的禁用
88

5.7  与电源管理交互
89

5.7.1  挂起设备
90

5.7.2  唤醒设备
90

5.8  侦测连接状态改变
91

5.8.1  调度处理连接状态改变事件
91

5.8.2  linkwatch标志
95

5.9  从用户空间配置设备相关

信息
95

5.9.1  ethtool
95

5.9.2  媒体独立接口
97

5.10  虚拟网络设备
97

第6章  IP编址
99

6.1  接口和IP地址
99

6.1.1  主IP地址、从属IP地址和

IP别名
99

6.1.2  IP地址的组织
99

6.1.3  in_device结构
100

6.1.4  in_ifaddr结构
101

6.2  函数
102

6.2.1  inetdev_init()
102

6.2.2  inetdev_destroy()
104

6.2.3  inet_select_addr()
104

6.2.4  inet_confirm_addr()
106

6.2.5  inet_addr_onlink()
107

6.2.6  inetdev_by_index()
107

6.2.7  inet_ifa_byprefix()
108

6.2.8  inet_abc_len()
108

6.3  IP地址的设置
109

6.3.1  netlink接口
109

6.3.2  inet_insert_ifa()
111

6.3.3  inet_del_ifa()
112

6.4  ioctl
115

6.5  inetaddr_chain通知链
121

第7章  接口层的输入
122

7.1  系统参数
122

7.2  接口层的ioctl
123

7.2.1  SIOCxIFxxx类命令
123

7.2.2  SIOCETHTOOL
126

7.2.3  私有命令
127

7.3  初始化
127

7.4  softnet_data结构
128

7.5  NAPI方式
130

7.5.1  网络设备中断例程
131

7.5.2  网络输入软中断
131

7.5.3  轮询处理
133

7.6  非NAPI方式
134

7.7  接口层输入报文的处理
137

7.7.1  报文接收例程
137

7.7.2  netif_receive_skb()
138

7.7.3  dev_queue_xmit_nit()
141

7.8  响应CPU状态的变化
142

7.9  netpoll
143

7.9.1  netpoll相关结构
143

7.9.2  注册netpoll实例
145

7.9.3  netpoll的输入
148

7.9.4  netpoll的输出
156

7.9.5  tx_work工作队列
159

7.9.6  netpoll实例：netconsole
160

第8章  接口层的输出
163

8.1  输出接口
163

8.1.1  dev_queue_xmit()
163

8.1.2  dev_hard_start_xmit()
167

8.1.3  e100的输出接口：

e100_xmit_frame()
168

8.2  网络输出软中断
168

8.2.1  netif_schedule()
168

8.2.2  net_tx_action()
169

8.3  网络设备不支持GSO时的

处理
170

8.3.1  dev_gso_cb私有控制块
171

8.3.2  dev_gso_segment()
171

8.3.3  skb_gso_segment()
172

第9章  流量控制
174

9.1  通过流量控制后输出
174

9.1.1  dev_queue_xmit()
175

9.1.2  qdisc_restart()
176

9.2  构成流量控制的三种元素
178

9.2.1  排队规则
179

9.2.2  类
186

9.2.3  过滤器
189

9.3  默认的FIFO排队规则
192

9.3.1  pfifo_fast_init()
194

9.3.2  pfifo_fast_reset()
194

9.3.3  pfifo_fast_enqueue()
194

9.3.4  pfifo_fast_dequeue()
195

9.3.5  pfifo_fast_requeue()
195

9.4  netlink的tc接口
195

9.5  排队规则的创建接口
197

9.5.1  类的创建接口
201

9.5.2  过滤器的创建接口
204

第10章  Internet协议族
209

10.1  net_proto_family结构
209

10.2  inet_protosw结构
210

10.3  net_protocol结构
212

10.4  Internet协议族的初始化
214

第11章  IP：网际协议
217

11.1  引言
217

11.1.1  IP首部
218

11.1.2  IP数据报的输入与输出
219

11.2  IP的私有信息控制块
220

11.3  系统参数
220

11.4  初始化
223

11.5  IP层套接口选项
223

11.6  ipv4_devconf结构
227

11.7  套接口的错误队列
229

11.7.1  添加ICMP差错信息
231

11.7.2  添加由本地产生的差错信息
232

11.7.3  读取错误信息
233

11.8  报文控制信息
235

11.8.1  IP控制信息块
235

11.8.2  报文控制信息的输出
235

11.8.3  报文控制信息的输入
236

11.9  对端信息块
237

11.9.1  系统参数
239

11.9.2  对端信息块的创建和查找
239

11.9.3  对端信息块的删除
241

11.9.4  垃圾回收
242

11.10  IP数据报的输入处理
244

11.10.1  IP数据报输入到本地
247

11.10.2  IP数据报的转发
249

11.11  IP数据报的输出处理
253

11.11.1  IP数据报输出到设备
253

11.11.2  TCP输出的接口
255

11.11.3  UDP输出的接口
261

11.12  IP层对GSO的支持
275

11.12.1  inet_gso_segment()
275

11.12.2  inet_gso_send_check()
277

第12章  IP选项处理
278

12.1  IP选项
278

12.1.1  选项列表的结束符
279

12.1.2  空操作
279

12.1.3  安全选项
279

12.1.4  严格源路由选项
280

12.1.5  宽松源路由选项
281

12.1.6  记录路由选项
282

12.1.7  流标识选项
282

12.1.8  时间戳选项
283

12.1.9  路由器警告选项
283

12.2  ip_options结构
284

12.3  在IP数据报中构建IP选项
285

12.4  复制IP数据报中选项到指

定的ip_options结构
286

12.5  处理待发送IP分片中的

选项
290

12.6  解析IP选项
291

12.7  还原在校验IP选项时修改的

IP选项
297

12.8  处理转发IP数据报中的IP

选项
298

12.9  处理IP数据报的源路由

选项
299

12.10  解析并处理IP首部中的IP

选项
300

12.11  路由警告选项的处理
301

12.12  由控制信息生成IP选项

信息块
302

第13章  IP的分片与组装
303

13.1  系统参数
303

13.2  分片
303

13.2.1  快速分片
306

13.2.2  慢速分片
309

13.3  组装
312

13.3.1  ipq结构
312

13.3.2  ipq散列表和链表的维护
315

13.3.3  ipq散列表的重组
316

13.3.4  超时IP分片的清除
317

13.3.5  垃圾收集
318

13.3.6  相关分片组装函数
319

13.3.7  分片组装
327

第14章  ICMP：Internet控制

报文协议
330

14.1  ICMP报文结构
330

14.2  注册ICMP报文类型
330

14.3  系统参数
330

14.4  ICMP的初始化
332

14.5  输入处理
333

14.5.1  差错处理
337

14.5.2  重定向处理
342

14.5.3  请求回显
343

14.5.4  时间戳请求
345

14.5.5  地址掩码请求和应答
346

14.6  输出处理
346

14.6.1  发送ICMP报文
346

14.6.2  发送回显应答和时间戳

应答报文
350

第15章  IP组播
353

15.1  初始化
353

15.2  虚拟接口
354

15.2.1  虚拟接口的添加
355

15.2.2  虚拟接口的删除：

vif_delete()
358

15.2.3  查找虚拟接口：ipmr_find_vif()
358

15.3  组播转发缓存
358

15.3.1  组播转发缓存的创建
361

15.3.2  组播转发缓存的删除
361

15.3.3  组播转发缓存的查找
361

15.3.4  向组播路由守护进程发送

报告
362

15.4  临时组播转发缓存
364

15.4.1  临时组播转发缓存队列
365

15.4.2  创建临时组播转发缓存
365

15.4.3  用于超时而删除临时组播

转发缓存的定时器
367

15.4.4  释放临时组播缓存项中保存的

临时组播报文
368

15.5  外部事件
369

15.6  组播套接口选项
369

15.6.1  IP_MULTICAST_TTL
369

15.6.2  IP_MULTICAST_LOOP
370

15.6.3  IP_MULTICAST_IF
370

15.6.4  IP_ADD_MEMBERSHIP
372

15.6.5  IP_DROP_MEMBERSHIP
372

15.6.6  IP_MSFILTER
373

15.6.7  IP_BLOCK_SOURCE和

IP_UNBLOCK_SOURCE
375

15.6.8  IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP

和IP_DROP_SOURCE_

MEMBERSHIP
375

15.6.9  MCAST_JOIN_GROUP
376

15.6.10  MCAST_LEAVE_GROUP
377

15.6.11  MCAST_BLOCK_SOURCE和

MCAST_UNBLOCK_SOURCE
377

15.6.12  MCAST_JOIN_SOURCE_GROUP

和MCAST_LEAVE_SOURCE_

GROUP
377

15.6.13  MCAST_MSFILTER
378

15.7  组播选路套接口选项
378

15.7.1  MRT_INIT
379

15.7.2  MRT_DONE
379

15.7.3  MRT_ADD_VIF和MRT_

DEL_VIF
380

15.7.4  MRT_ADD_MFC和MRT_

DEL_MFC
380

15.7.5  MRT_ASSERT
380

15.8  组播的ioctl
380

15.8.1  SIOCGETVIFCNT
380

15.8.2  SIOCGETSGCNT
380

15.9  组播报文的输入
381

15.10  组播报文的转发
383

15.10.1  ip_mr_forward()
383

15.10.2  ipmr_queue_xmit()
385

15.11  组播报文的输出
388

第16章  IGMP：Internet组

管理协议
390

16.1  in_device结构中的组播参数
390

16.2  ip_mc_list结构
391

16.3  系统参数
393

16.4  IGMP的版本与协议结构
393

16.4.1  IGMP的版本
393

16.4.2  第一版和第二版的IGMP

报文结构
395

16.4.3  第三版的IGMP查询报文结构
395

16.4.4  第三版的IGMP报告结构
396

16.5  IGMP报文的输入
398

16.6  函数
399

16.6.1  ip_mc_find_dev()
399

16.6.2  ip_check_mc()
400

16.7  成员关系查询
400

16.8  成员关系报告
404

16.8.1  最近离开组播组列表的维护
404

16.8.2  is_in()
404

16.8.3  add_grec()
406

16.8.4  普通查询的报告
409

16.8.5  V1和V2的报告以及V3的

当前状态记录报告
410

16.8.6  主动发送组关系报告
413

16.9  维护套接口组播状态
416

16.9.1  套接口加入组播组
417

16.9.2  套接口离开组播组
418

16.10  维护网络设备组播状态
419

16.10.1  被阻止的组播源列表的维护
421

16.10.2  网络设备加入组播组
421

16.10.3  网络设备离开组播组
425

16.11  ip_mc_source()
430

16.12  ip_mc_msfilter()
434

16.13  网络设备组播硬件地址的

管理
436

第17章  邻居子系统
437

17.1  什么是邻居子系统
437

17.2  系统参数
437

17.3  邻居子系统的结构
438

17.3.1  neigh_table结构
438

17.3.2  neighbour结构
441

17.3.3  neigh_ops结构
444

17.3.4  neigh_parms结构
445

17.3.5  pneigh_entry结构
447

17.3.6  neigh_statistics结构
447

17.3.7  hh_cache结构
448

17.4  邻居表的初始化
449

17.5  邻居项的状态机
450

17.6  邻居项的添加与删除
452

17.6.1  netlink接口
452

17.6.2  ioctl
456

17.6.3  路由表项与邻居项的绑定
456

17.6.4  接收到的并非请求的应答
456

17.7  邻居项的创建与初始化
456

17.7.1  neigh_alloc()
456

17.7.2  neigh_create()
457

17.8  邻居项散列表的扩容
459

17.9  邻居项的查找
460

17.9.1  neigh_lookup()
460

17.9.2  neigh_lookup_nodev()
461

17.9.3  __neigh_lookup ()和

neigh_lookup_errno()
461

17.10  邻居项的更新
461

17.11  垃圾回收
465

17.11.1  同步回收
465

17.11.2  异步回收
466

17.12  外部事件
468

17.13  邻居项状态处理定时器
469

17.14  代理项
472

17.14.1  代理项的查找、添加和删除
472

17.14.2  延时处理代理的请求报文
472

17.15  输出函数
474

17.15.1  丢弃
474

17.15.2  慢速发送
474

17.15.3  快速发送
477

第18章  ARP：地址解析协议
480

18.1  ARP报文格式
480

18.2  系统参数
481

18.3  注册ARP报文类型
483

18.4  ARP初始化
483

18.5  ARP的邻居项函数指针表
483

18.6  ARP表
484

18.7  函数
485

18.7.1  arp_error_report()
485

18.7.2  arp_solicit()
485

18.7.3  arp_ignore()
486

18.7.4  arp_filter()
488

18.8  IPv4中邻居项的初始化
488

18.9  ARP报文的创建
490

18.10  ARP的输出
490

18.11  ARP的输入
491

18.11.1  arp_rcv()
491

18.11.2  arp_process()
492

18.12  ARP代理
497

18.12.1  arp_process()
498

18.12.2  arp_fwd_proxy()
499

18.12.3  parp_redo()
500

18.13  ARP的ioctl
500

18.14  外部事件
501

18.15  路由表项与邻居项的绑定
502

第19章  路由表
503

19.1  什么是路由表
503



19.1.1  路由的要素
503

19.1.2  特殊路由
505

19.1.3  路由缓存
505

19.2  系统参数
506

19.3  路由表组成结构
506

19.3.1  fib_table结构
508

19.3.2  fn_zone结构
510

19.3.3  fib_node结构
511

19.3.4  fib_alias结构
511

19.3.5  fib_info结构
512

19.3.6  fib_nh结构
515

19.4  路由表的初始化
516

19.5  netlink接口
517

19.5.1  netlink路由表项消息结构
517

19.5.2  inet_rtm_newroute()
519

19.5.3  inet_rtm_delroute()
520

19.6  获取指定的路由表
520

19.7  路由表项的添加
520

19.8  路由表项的删除
526

19.9  外部事件
528

19.9.1  网络设备状态变化事件
528

19.9.2  IP地址变化事件
529

19.9.3  fib_add_ifaddr()
529

19.9.4  fib_del_ifaddr()
531

19.9.5  fib_disable_ip()
534

19.9.6  fib_magic()
534

19.10  选路
535

19.10.1  输入选路：

ip_route_input_slow()
535

19.10.2  组播输入选路：

ip_route_input_mc()
539

19.10.3  输出选路：

ip_route_output_slow()
541

19.10.4  fib_lookup()
546

19.10.5  fn_hash_lookup()
548

19.11  ICMP重定向消息的发送
548



下 册 目 录



第20章  路由缓存
551

20.1  系统参数
551

20.2  路由缓存的组织结构
552

20.2.1  rtable结构
552

20.2.2  flowi结构
555

20.2.3  dst_entry结构
556

20.2.4  dst_ops结构
559

20.3  初始化
561

20.4  创建路由缓存项
563

20.4.1  创建输入路由缓存项
563

20.4.2  创建输出路由缓存项
565

20.5  添加路由表项到缓存中：

rt_intern_hash()
568

20.6  输入路由缓存查询：

ip_route_input()
571

20.7  输出路由缓存查询
573

20.7.1  ip_route_output_key()
573

20.7.2  __ip_route_output_key()
573

20.8  垃圾回收
575

20.8.1  路由缓存项的过期
575

20.8.2  判断缓存路由表项是否

可被删除
575

20.8.3  同步清理
576

20.8.4  异步清理
580

20.8.5  路由缓存项的释放
582

20.9  刷新缓存
582

20.9.1  通过定时器定时刷新
584

20.9.2  网络设备的硬件地址发生

改变
584

20.9.3  网络设备状态发生变化
584

20.9.4  给设备添加或删除一个

IP地址
584

20.9.5  全局转发状态或设备的转发

状态发生变化
584

20.9.6  一条路由被删除
585

20.9.7  通过写/proc的flush文件
585

20.10  ICMP重定向消息的处理
585

20.11  ICMP目的不可达，需要分片

消息的处理
588

第21章  路由策略
590

21.1  路由策略组织结构
590

21.1.1  fib_rules_ops结构
590

21.1.2  fib_rule结构
592

21.1.3  fib4_rule结构
594

21.2  三个默认路由策略
595

21.3  IPv4协议族的fib_rules_ops

结构实例
595

21.3.1  fib4_rule_action()
595

21.3.2  fib4_rule_match()
596

21.3.3  fib4_rule_configure()
596

21.3.4  fib4_rule_compare()
598

21.3.5  fib4_rule_fill()
598

21.3.6  fib4_rule_default_pref()
599

21.4  netlink接口
599

21.4.1  netlink路由策略消息结构
599

21.4.2  fib_nl_newrule()
600

21.4.3  fib_nl_delrule()
602

21.5  受网络设备状态改变的影响
604

21.6  策略路由的查找
604

第22章  套接口层
606

22.1  socket结构
607

22.2  proto_ops结构
608

22.3  套接口文件系统
610

22.3.1  套接口文件系统类型
610

22.3.2  套接口文件系统超级块操作

接口
610

22.3.3  套接口文件的inode
611

22.3.4  sock_alloc_inode()
611

22.3.5  sock_destroy_inode()
612

22.4  套接口文件
612

22.4.1  套接口文件与套接口的绑定
612

22.4.2  根据文件描述符获取套接口
614

22.5  进程、文件描述符和套接口
615

22.6  套接口层的系统初始化
616

22.7  套接口系统调用
617

22.7.1  套接口系统调用入口
617

22.7.2  socket系统调用
621

22.7.3  bind系统调用
629

22.7.4  listen系统调用
632

22.7.5  accept系统调用
633

22.7.6  connect系统调用
635

22.7.7  shutdown系统调用
636

22.7.8  close系统调用
638

22.7.9  select系统调用的实现
640

第23章  套接口I/O
641

23.1  输出/输入数据的组织
641

23.1.1  msghdr结构
641

23.1.2  verify_iovec()
643

23.1.3  memcpy_toiovec()
644

23.1.4  memcpy_fromiovec()
644

23.1.5  memcpy_fromiovecend()
644

23.1.6  csum_partial_copy_

fromiovecend()
644

23.2  输出系统调用
644

23.2.1  sock_sendmsg()
644

23.2.2  sendto系统调用
645

23.2.3  send系统调用
646

23.2.4  sendmsg系统调用
646

23.3  输入系统调用
649

第24章  套接口选项
650

24.1  setsockopt系统调用
650

24.2  ioctl系统调用
655

24.2.1  ioctl在文件系统内的调用过程
655

24.2.2  套接口文件ioctl调用接口的

实现
655

24.2.3  套接口层的实现
658

24.3  getsockname系统调用
659

24.4  getpeername系统调用
660

第25章  传输控制块
661

25.1  系统参数
662

25.2  传输描述块结构
662

25.2.1  sock_common结构
662

25.2.2  sock结构
663

25.2.3  inet_sock结构
670

25.3  proto结构
674

25.3.1  proto实例组织结构
677

25.3.2  proto_register()
677

25.3.3  proto_unregister()
679

25.4  传输控制块的内存管理
680

25.4.1  传输控制块的分配和释放
680

25.4.2  普通的发送缓存区的分配
682

25.4.3  发送缓存的分配与释放
685

25.4.4  接收缓存的分配与释放
686

25.4.5  辅助缓存的分配与释放
688

25.5  异步IO机制
688

25.5.1  sk_wake_async()
689

25.5.2  sock_def_wakeup()
690

25.5.3  sock_def_error_report()
690

25.5.4  sock_def_readable()
691

25.5.5  sock_def_write_space()和

sk_stream_write_space()
691

25.5.6  sk_send_sigurg()
692

25.5.7  接收到FIN段后通知进程
692

25.5.8  sock_fasync()
693

25.6  传输控制块的同步锁
694

25.6.1  socket_lock_t结构
694

25.6.2  控制用户进程和下半部间

同步锁
695

25.6.3  控制下半部间同步锁
698

第26章  TCP：传输控制协议
699

26.1  系统参数
699

26.2  TCP的inet_protosw实例
705

26.3  TCP的net_protocol结构
705

26.4  TCP传输控制块
706

26.4.1  inet_connection_sock结构
706

26.4.2  inet_connection_sock_af_ops

结构
710

26.4.3  tcp_sock结构
711

26.4.4  tcp_options_received结构
721

26.4.5  tcp_skb_cb结构
723

26.5  TCP的proto结构和proto_ops

结构的实例
725

26.6  TCP状态迁移图
725

26.7  TCP首部
726

26.8  TCP校验和
727

26.8.1  输入TCP段的校验和检测
728

26.8.2  输出TCP段校验和的计算
729

26.9  TCP的初始化
729

26.10  TCP传输控制块的管理
731

26.10.1  inet_hashinfo结构
732

26.10.2  管理除LISTEN状态之外的

TCP传输控制块
733

26.10.3  管理LISTEN状态的

TCP传输控制块
734

26.11  TCP层的套接口选项
735

26.12  TCP的ioctl
736

26.13  TCP传输控制块的初始化
737

26.14  TCP的差错处理
737

26.15  TCP传输控制块层的缓存

管理
741

26.15.1  缓存管理的算法
741

26.15.2  发送缓存的管理
744

26.15.3  接收缓存的管理
745

第27章  TCP的定时器
746

27.1  初始化
746

27.2  连接建立定时器
747

27.2.1  连接建立定时器处理函数
747

27.2.2  连接建立定时器的激活
751

27.3  重传定时器
751

27.3.1  重传定时器处理函数
751

27.3.2  重传定时器的激活
756

27.4  延迟确认定时器
756

27.4.1  延时确认定时器的处理函数
756

27.4.2  延时确认定时器的激活
758

27.5  持续定时器
758

27.5.1  持续定时器处理函数
758

27.5.2  激活持续定时器
762

27.6  保活定时器
763

27.6.1  保活定时器处理函数
763

27.6.2  激活保活定时器
764

27.7  FIN_WAIT_2定时器
764

27.7.1  FIN_WAIT_2定时器处理函数
765

27.7.2  激活FIN_WAIT_2定时器
765

27.8  TIME_WAIT定时器
766

第28章  TCP连接的建立
767

28.1  服务端建立连接过程
767

28.2  连接相关的数据结构
770

28.2.1  request_sock_queue结构
770

28.2.2  listen_sock结构
771

28.2.3  tcp_request_sock结构
771

28.2.4  request_sock_ops结构
774

28.3  bind系统调用的实现
775

28.3.1  bind端口散列表
775

28.3.2  传输接口层的实现
775

28.4  listen系统调用的实现
779

28.4.1  inet_listen()
779

28.4.2  实现侦听：

inet_csk_listen_start()
780

28.4.3  分配连接请求块散列表：

reqsk_queue_alloc()
781

28.5  accept系统调用的实现
782

28.5.1  套接口层的实现：

inet_accept()
782

28.5.2  传输接口层的实现：

inet_csk_accept()
783

28.6  被动打开
785

28.6.1  SYN cookies
785

28.6.2  第一次握手：接收SYN段
786

28.6.3  第二次握手：

发送SYN+ACK段
793

28.6.4  第三次握手：接收ACK段
798

28.7  connect系统调用的实现
813

28.7.1  套接口层的实现：

inet_stream_connect()
813

28.7.2  传输接口层的实现
815

28.8  主动打开
816

28.8.1  第一次握手：发送SYN段
816

28.8.2  第二次握手：

接收SYN+ACK段
823

28.8.3  第三次握手：发送ACK段
828

28.9  同时打开
828

28.9.1  SYN_SENT状态接收SYN段
828

28.9.2  SYN_RECV状态接收

SYN+ACK段
830

第29章  TCP拥塞控制的实现
831

29.1  拥塞控制引擎
831

29.2  拥塞控制状态机
832

29.2.1  Open状态
833

29.2.2  Disorder状态
833

29.2.3  CWR状态
833

29.2.4  Recovery状态
834

29.2.5  Loss状态
834

29.3  拥塞窗口调整撤销
836

29.3.1  撤销拥塞窗口的检测
837

29.3.2  tcp_undo_cwr()
837

29.3.3  从Disorder拥塞状态撤销
838

29.3.4  从Recovery状态撤销
838

29.3.5  从Recovery拥塞状态撤销
839

29.3.6  从Loss拥塞状态撤销
839

29.4  显式拥塞通知
840

29.4.1  IP对ECN的支持
841

29.4.2  TCP对ECN的支持
841

29.5  拥塞控制状态的处理及转换
843

29.5.1  拥塞控制状态的处理：

tcp_fastretrans_alert()
843

29.5.2  拥塞避免
852

29.6  拥塞窗口的检测：

tcp_cwnd_test()
852

29.7  F-RTO算法
853

29.7.1  进入F-RTO算法处理阶段
853

29.7.2  进行F-RTO算法处理
855

29.8  拥塞窗口的检验
857

29.8.1  tcp_event_data_sent()
857

29.8.2  tcp_cwnd_validate()
858

29.9  支持多拥塞控制算法的机制
859

29.9.1  接口
859

29.9.2  注册拥塞控制算法：tcp_register_

congestion_control()
861

29.9.3  注销拥塞控制算法：tcp_unregister_

congestion_control()
861

29.9.4  选取某种拥塞控制算法: tcp_set_

congestion_control()
861

29.9.5  Linux支持的拥塞控制算法
862

第30章  TCP的输出
864

30.1  引言
864

30.2  最大段长度（MSS）
867

30.3  sendmsg系统调用在TCP中的

实现
870

30.3.1  分割TCP段
871

30.3.2  套接口层的实现
871

30.3.3  传输接口层的实现
871

30.4  对TCP选项的处理
889

30.4.1  构建SYN段的选项
889

30.4.2  构建非SYN段的选项
892

30.5  Nagle算法
893

30.6  ACK的接收
894

30.6.1  tcp_ack()
894

30.6.2  发送窗口的更新
899

30.6.3  根据SACK选项标记重传

队列中段的记分牌
900

30.6.4  重传队列中已经确认段的删除
910

30.7  往返时间测量和RTO的计算
913

30.8  路径MTU发现
915

30.8.1  路径MTU发现原理
915

30.8.2  路径MTU发现时的黑洞
916

30.8.3  有关数据结构的初始化
916

30.8.4  创建路径MTU发现TCP段并

发送
916

30.8.5  路径MTU发现失败后处理
920

30.8.6  处理需要分片ICMP目的

不可达报文
920

30.8.7  更新当前有效的MSS
921

30.8.8  路径MTU发现成功后处理
922

30.9  TCP重传接口
922

第31章  TCP的输入
926

31.1  引言
926

31.2  TCP接收的总入口
927

31.2.1  接收到prequeue队列
930

31.2.2  有效TCP段的处理
931

31.3  报文的过滤
932

31.3.1  过滤器的数据结构
933

31.3.2  安装过滤器
935

31.3.3  卸载过滤器
937

31.3.4  过滤执行
938

31.4  ESTABLISHED状态的接收
938

31.4.1  首部预测
939

31.4.2  接收处理无负荷的ACK段
941

31.4.3  执行快速路径
942

31.4.4  执行慢速路径
945

31.4.5  数据从内核空间复制到用户

空间
948

31.4.6  通过调节接收窗口进行

流量控制
952

31.4.7  确定是否需要发送ACK段

（用于接收的数据从内核空

间复制到用户空间时）
956

31.5  TCP选项的处理
957

31.5.1  慢速路径中快速解析TCP选项
957

31.5.2  全面解析TCP选项
958

31.6  慢速路径的数据处理
961

31.6.1  接收处理预期的段
963

31.6.2  接收处理在接收窗口之外的段
965

31.6.3  接收处理乱序的段
966

31.6.4  tcp_ofo_queue()
969

31.7  带外数据处理
970

31.7.1  检测紧急指针
970

31.7.2  读取带外数据
972

31.8  SACK信息
973

31.8.1  SACK允许选项
973

31.8.2  SACK选项
974

31.8.3  SACK的产生
974

31.8.4  发送方对SACK的响应
975

31.8.5  实现
975

31.9  确认的发送
975

31.9.1  快速确认模式
976

31.9.2  处理数据接收事件
977

31.9.3  发送确认紧急程度和状态
978

31.9.4  延迟或快速确认
979

31.10  recvmsg系统调用在TCP中的

实现
980

31.10.1  套接口层的实现
980

31.10.2  传输接口层的实现
980

31.11  sk_backlog_rcv接口
991

第32章  TCP连接的终止
992

32.1  连接终止过程
993

32.1.1  正常关闭
993

32.1.2  同时关闭
994

32.2  shutdown传输接口层的

实现
994

32.2.1  tcp_shutdown()
994

32.2.2  tcp_send_fin()
995

32.3  close传输接口层的实现：

tcp_close()
995

32.4  被动关闭：FIN段的接收

处理
999

32.5  主动关闭
1002

32.5.1  timewait控制块的数据

结构
1002

32.5.2  timewait控制块取代TCP传输

控制块
1006

32.5.3  启动FIN_WAIT_2或TIME_WAIT

定时器
1008

32.5.4  CLOSE_WAIT、LAST_ACK、

FIN_WAIT1、FIN_WAIT2与

CLOSING状态处理
1010

32.5.5  FIN_WAIT2和TIME_WAIT

状态处理
1013

32.5.6  timewait控制块的2MSL

超时处理
1020

第33章  UDP：用户数据报
1023

33.1  引言
1023

33.1.1  UDP首部
1023

33.1.2  UDP的输入与输出
1024

33.2  UDP的inet_protosw结构
1024

33.3  UDP的传输控制块
1025

33.4  UDP的proto结构和proto_ops

结构的实例
1027

33.5  UDP的状态
1027

33.6  UDP传输控制块的管理
1027

33.7  bind系统调用的实现
1028

33.8  UDP套接口的关闭
1031

33.9  connect系统调用的实现
1032

33.9.1  udp_disconnect()
1033

33.9.2  ip4_datagram_connect()
1033

33.10  select系统调用的实现
1034

33.11  UDP的ioctl
1037

33.12  UDP的套接口选项
1037

33.13  UDP校验和
1038

33.13.1  输入UDP数据报校验和的

计算
1038

33.13.2  输出UDP数据报校验和的

计算
1039

33.14  UDP的输出：sendmsg系统

调用
1040

33.14.1  udp_sendmsg()
1040

33.14.2  udp_push_pending_frames()
1047

33.15  UDP的输入
1048

33.15.1  UDP接收的入口：

udp_rcv()
1048

33.15.2  UDP组播数据报输入：

__udp4_lib_mcast_deliver()
1052

33.15.3  udp_queue_rcv_skb()
1053

33.16  recvmsg系统调用的实现
1055

33.17  UDP的差错处理：

udp_err()
1059

33.18  轻量级UDP
1061

参考文献
1063

编辑推荐

《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》：套接口缓存网络设备IP：网际协议ICMP：Internet控制报文协议IP组播IGMP：Internet组管理协议邻居子系统路由表套接口层TCP：传输控制协议TCP连接的建立TOP拥塞控制的实现TCP的输出TCP的输入TCP连接的终止UDP：用户数据报

作者简介

《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》详细论述了Linux内核2.6.20版本中TCP／IP的实现。书中给出了大量的源代码，通过对源代码的详细注释，帮助读者掌握TCP／IP的实现。《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》根据协议栈层次，从驱动层逐步论述到传输层，包括驱动的实现、接口层的输入输出、IP层的输入输出以及IP选项的处理、邻居子系统、路由、套接口及传输层等内容，全书基本涵盖了网络体系架构全部的知识点。特别是TCP，包括TCP连接的建立和终止、输入与输出，以.及拥塞控制的实现。

《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》适用于熟悉Linux的基本使用方法，对Linux内核工作原理以及网络知识有一定的了解，而又极想更深入理解各个机制在Linux中的具体实现的用户，包括应用程序员和嵌入式程序员，以及网络管理员等。相关专业的科研人员在工作中遇到问题时，也可以查阅《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》，理解相关内核部分的实现。此外，计算机相关专业的本科高年级学生和研究生，在学习相关课程（如操作系统、计算机网络等）时，可将《Linux内核源码剖析:TCP/IP实现(套装上下册)》作为辅助教程，与理论相结合以便更好地理解相应的知识点。

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