网络数据包发送之调度层处理

2024-06-20 19:18

本文主要是介绍网络数据包发送之调度层处理,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一、网络数据包在流量调度层的路径分析

离开网络层后,内核调用dev_queue_xmit函数进入流量调度层处理,那么所有的分析都依据该函数为依据。

1、首先调用netdev_pick_tx函数选择输出传输队列。如果存在有效的传输队列,则将该数据包插入队列中或者直接传递给dev_hard_start_xmit函数,并且调用__qdisc_run函数选择队列上的数据包发送出去,当配额用完以后当前调度结束。如果队列上的数据包还没有传输完成,则把剩下的数据包插入到CPU的softnet_data上,并调用NET_TX_SOFTIRQ等待下一次软中断被调度。

/**
*	__dev_queue_xmit - transmit a buffer
*	@skb: buffer to transmit
*	@accel_priv: private data used for L2 forwarding offload
*
*	Queue a buffer for transmission to a network device. The caller must
*	have set the device and priority and built the buffer before calling
*	this function. The function can be called from an interrupt.
*
*	A negative errno code is returned on a failure. A success does not
*	guarantee the frame will be transmitted as it may be dropped due
*	to congestion or traffic shaping.
*
* -----------------------------------------------------------------------------------
*      I notice this method can also return errors from the queue disciplines,
*      including NET_XMIT_DROP, which is a positive value.  So, errors can also
*      be positive.
*
*      Regardless of the return value, the skb is consumed, so it is currently
*      difficult to retry a send to this method.  (You can bump the ref count
*      before sending to hold a reference for retry if you are careful.)
*
*      When calling this method, interrupts MUST be enabled.  This is because
*      the BH enable code must have IRQs enabled so that it will not deadlock.
*          --BLG
*/
static int __dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb, void *accel_priv)
{
struct net_device *dev = skb->dev;
struct netdev_queue *txq;
struct Qdisc *q;
int rc = -ENOMEM;
skb_reset_mac_header(skb);
/* Disable soft irqs for various locks below. Also
* stops preemption for RCU.
*/
rcu_read_lock_bh();
skb_update_prio(skb);
/* 选择该设备上发送的传输队列 */
	txq = netdev_pick_tx(dev, skb, accel_priv);
q = rcu_dereference_bh(txq->qdisc);
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
skb->tc_verd = SET_TC_AT(skb->tc_verd, AT_EGRESS);
#endif
trace_net_dev_queue(skb);
/* 如果Qdisc提供了入队列方法,则需要通过调度才能发送数据包 */
	if (q->enqueue) {
rc = __dev_xmit_skb(skb, q, dev, txq);
goto out;
}
/* The device has no queue. Common case for software devices:
loopback, all the sorts of tunnels...
Really, it is unlikely that netif_tx_lock protection is necessary
here.  (f.e. loopback and IP tunnels are clean ignoring statistics
counters.)
However, it is possible, that they rely on protection
made by us here.
Check this and shot the lock. It is not prone from deadlocks.
Either shot noqueue qdisc, it is even simpler 8)
*/
if (dev->flags & IFF_UP) {
int cpu = smp_processor_id(); /* ok because BHs are off */
if (txq->xmit_lock_owner != cpu) {
if (__this_cpu_read(xmit_recursion) > RECURSION_LIMIT)
goto recursion_alert;
HARD_TX_LOCK(dev, txq, cpu);
if (!netif_xmit_stopped(txq)) {
__this_cpu_inc(xmit_recursion);
rc = dev_hard_start_xmit(skb, dev, txq);
__this_cpu_dec(xmit_recursion);
if (dev_xmit_complete(rc)) {
HARD_TX_UNLOCK(dev, txq);
goto out;
}
}
HARD_TX_UNLOCK(dev, txq);
net_crit_ratelimited("Virtual device %s asks to queue packet!\n",
dev->name);
} else {
/* Recursion is detected! It is possible,
* unfortunately
*/
recursion_alert:
net_crit_ratelimited("Dead loop on virtual device %s, fix it urgently!\n",
dev->name);
}
}
rc = -ENETDOWN;
rcu_read_unlock_bh();
kfree_skb(skb);
return rc;
out:
rcu_read_unlock_bh();
return rc;
}

 

2、当网络发送软中断被激活时,net_tx_action函数被调用。该函数依次调度之前未完成等待处理的Qdisc队列链表,每个Qdisc根据分配的配额发送数据包给驱动层。

static void net_tx_action(struct softirq_action *h)
{
struct softnet_data *sd = &__get_cpu_var(softnet_data);
/* 对于已经发送出去的数据包,需要回收释放skb相关内存空间 */
	if (sd->completion_queue) {
struct sk_buff *clist;
local_irq_disable();
clist = sd->completion_queue;
sd->completion_queue = NULL;
local_irq_enable();
while (clist) {
struct sk_buff *skb = clist;
clist = clist->next;
WARN_ON(atomic_read(&skb->users));
if (likely(get_kfree_skb_cb(skb)->reason == SKB_REASON_CONSUMED))
trace_consume_skb(skb);
else
trace_kfree_skb(skb, net_tx_action);
__kfree_skb(skb);
}
}
/* 如果有待发送的数据包,则在此处理 */
	if (sd->output_queue) {
struct Qdisc *head;
local_irq_disable();
head = sd->output_queue;
sd->output_queue = NULL;
sd->output_queue_tailp = &sd->output_queue;
local_irq_enable();
while (head) {
struct Qdisc *q = head;
spinlock_t *root_lock;
head = head->next_sched;
root_lock = qdisc_lock(q);
if (spin_trylock(root_lock)) {
smp_mb__before_clear_bit();
clear_bit(__QDISC_STATE_SCHED,
&q->state);
/* 根据分配的配额调度发送该Qdisc管理的数据包 */
				qdisc_run(q);
spin_unlock(root_lock);
} else {
if (!test_bit(__QDISC_STATE_DEACTIVATED,
&q->state)) {
__netif_reschedule(q);
} else {
smp_mb__before_clear_bit();
clear_bit(__QDISC_STATE_SCHED,
&q->state);
}
}
}
}
}


 二、流量调度算法和网络设备、传输接收队列的关系

简单来说流量调度算法与网络接口设备、设备上的传输/接收队列绑在一起。

 

三、应用程序API接口

调度层通过netlink接口为应用程序提供控制管理接口,从以下注册代码可知:

	rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_NEWQDISC, tc_modify_qdisc, NULL, NULL);
rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_DELQDISC, tc_get_qdisc, NULL, NULL);
rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_GETQDISC, tc_get_qdisc, tc_dump_qdisc, NULL);
rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_NEWTCLASS, tc_ctl_tclass, NULL, NULL);
rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_DELTCLASS, tc_ctl_tclass, NULL, NULL);
rtnl_register(PF_UNSPEC, RTM_GETTCLASS, tc_ctl_tclass, tc_dump_tclass, NULL);


四、流量调度算法

1、注册/反注册

相关函数如下,调度算法采用模块方式加载到内核中,由于比较简单,不再赘述:

int register_qdisc(struct Qdisc_ops *qops)
{
struct Qdisc_ops *q, **qp;
int rc = -EEXIST;
write_lock(&qdisc_mod_lock);
for (qp = &qdisc_base; (q = *qp) != NULL; qp = &q->next)
if (!strcmp(qops->id, q->id))
goto out;
if (qops->enqueue == NULL)
qops->enqueue = noop_qdisc_ops.enqueue;
if (qops->peek == NULL) {
if (qops->dequeue == NULL)
qops->peek = noop_qdisc_ops.peek;
else
goto out_einval;
}
if (qops->dequeue == NULL)
qops->dequeue = noop_qdisc_ops.dequeue;
if (qops->cl_ops) {
const struct Qdisc_class_ops *cops = qops->cl_ops;
if (!(cops->get && cops->put && cops->walk && cops->leaf))
goto out_einval;
if (cops->tcf_chain && !(cops->bind_tcf && cops->unbind_tcf))
goto out_einval;
}
qops->next = NULL;
*qp = qops;
rc = 0;
out:
write_unlock(&qdisc_mod_lock);
return rc;
out_einval:
rc = -EINVAL;
goto out;
}
EXPORT_SYMBOL(register_qdisc);
int unregister_qdisc(struct Qdisc_ops *qops)
{
struct Qdisc_ops *q, **qp;
int err = -ENOENT;
write_lock(&qdisc_mod_lock);
for (qp = &qdisc_base; (q = *qp) != NULL; qp = &q->next)
if (q == qops)
break;
if (q) {
*qp = q->next;
q->next = NULL;
err = 0;
}
write_unlock(&qdisc_mod_lock);
return err;
}
EXPORT_SYMBOL(unregister_qdisc);


2、流量调度算法简析

内核提供了非常多的流量调度算法,分别针对各种情景进行了优化,比如先进先出算法、黑洞算法、 分类调度算法、随机早期检测算法、优先级调度算法、随机公平调度算法等,相关内容在单独章节介绍。

这篇关于网络数据包发送之调度层处理的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1079018

相关文章

SpringBoot分段处理List集合多线程批量插入数据方式

《SpringBoot分段处理List集合多线程批量插入数据方式》文章介绍如何处理大数据量List批量插入数据库的优化方案:通过拆分List并分配独立线程处理,结合Spring线程池与异步方法提升效率... 目录项目场景解决方案1.实体类2.Mapper3.spring容器注入线程池bejsan对象4.创建

PHP轻松处理千万行数据的方法详解

《PHP轻松处理千万行数据的方法详解》说到处理大数据集,PHP通常不是第一个想到的语言,但如果你曾经需要处理数百万行数据而不让服务器崩溃或内存耗尽,你就会知道PHP用对了工具有多强大,下面小编就... 目录问题的本质php 中的数据流处理:为什么必不可少生成器:内存高效的迭代方式流量控制:避免系统过载一次性

Python实现批量CSV转Excel的高性能处理方案

《Python实现批量CSV转Excel的高性能处理方案》在日常办公中,我们经常需要将CSV格式的数据转换为Excel文件,本文将介绍一个基于Python的高性能解决方案,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一... 目录一、场景需求二、技术方案三、核心代码四、批量处理方案五、性能优化六、使用示例完整代码七、小结一、

Python中 try / except / else / finally 异常处理方法详解

《Python中try/except/else/finally异常处理方法详解》:本文主要介绍Python中try/except/else/finally异常处理方法的相关资料,涵... 目录1. 基本结构2. 各部分的作用tryexceptelsefinally3. 执行流程总结4. 常见用法(1)多个e

PHP应用中处理限流和API节流的最佳实践

《PHP应用中处理限流和API节流的最佳实践》限流和API节流对于确保Web应用程序的可靠性、安全性和可扩展性至关重要,本文将详细介绍PHP应用中处理限流和API节流的最佳实践,下面就来和小编一起学习... 目录限流的重要性在 php 中实施限流的最佳实践使用集中式存储进行状态管理(如 Redis)采用滑动

MyBatis-plus处理存储json数据过程

《MyBatis-plus处理存储json数据过程》文章介绍MyBatis-Plus3.4.21处理对象与集合的差异:对象可用内置Handler配合autoResultMap,集合需自定义处理器继承F... 目录1、如果是对象2、如果需要转换的是List集合总结对象和集合分两种情况处理,目前我用的MP的版本

Debian 13升级后网络转发等功能异常怎么办? 并非错误而是管理机制变更

《Debian13升级后网络转发等功能异常怎么办?并非错误而是管理机制变更》很多朋友反馈,更新到Debian13后网络转发等功能异常,这并非BUG而是Debian13Trixie调整... 日前 Debian 13 Trixie 发布后已经有众多网友升级到新版本,只不过升级后发现某些功能存在异常,例如网络转

Python自动化处理PDF文档的操作完整指南

《Python自动化处理PDF文档的操作完整指南》在办公自动化中,PDF文档处理是一项常见需求,本文将介绍如何使用Python实现PDF文档的自动化处理,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录使用pymupdf读写PDF文件基本概念安装pymupdf提取文本内容提取图像添加水印使用pdfplum

C# LiteDB处理时间序列数据的高性能解决方案

《C#LiteDB处理时间序列数据的高性能解决方案》LiteDB作为.NET生态下的轻量级嵌入式NoSQL数据库,一直是时间序列处理的优选方案,本文将为大家大家简单介绍一下LiteDB处理时间序列数... 目录为什么选择LiteDB处理时间序列数据第一章:LiteDB时间序列数据模型设计1.1 核心设计原则

基于Python实现自动化邮件发送系统的完整指南

《基于Python实现自动化邮件发送系统的完整指南》在现代软件开发和自动化流程中,邮件通知是一个常见且实用的功能,无论是用于发送报告、告警信息还是用户提醒,通过Python实现自动化的邮件发送功能都能... 目录一、前言:二、项目概述三、配置文件 `.env` 解析四、代码结构解析1. 导入模块2. 加载环