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内核处理time_wait状态详解 -
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一个简单的ruby Metaprogram的例子 -
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简直胡说八道,误人子弟啊。。。。谁告诉你 Ruby 1.9 ...
ruby中的类变量与类实例变量 -
dear531:
还得补充一句,惊群了之后,数据打印显示,只有一个子线程继续接受 ...
linux已经不存在惊群现象 -
dear531:
我用select试验了,用的ubuntu12.10,内核3.5 ...
linux已经不存在惊群现象
这次主要介绍一些ip层管理以及统计相关的东西.
首先来看 long-living ip peer information.
我们知道ip协议是无状态的协议.这里内核为了提升性能.为每个目的ip地址(换句话说,也就是和本机进行通信过的主机)保存了一些信息.
peer子系统一般是被tcp,或者routing子系统所使用.
这个信息的数据结构是inet_peer,它是一棵avl树,每个节点的key就是一个ip地址.由于是avl树,因此每次搜索都是O(lg n):
peer子系统的初始化是在inet_initpeers中进行的,它是被ipv4协议的初始化函数ip_init调用的.这个函数的主要任务有三个:
1 allocate一个将要保存inet_peer数据的cache.
2 定义能被inet_peer所使用的最大内存限制.
3 开启gc定时器.
peer系统的核心函数就是inet_getpeer,它是提供给其他子系统的接口,它封装了lookup函数,而loopup函数只是很简单的avl树的查找函数.
而 inet_getpeer函数它通过传入的key(也就是ip地址)和一个flag(比如赋值为create),可以做到,当查找失败后,能创建一个新的树的拣点,并初始化ip包 的id(使用id模块的secure_ip_id)来初始化.
首先来看它的调用图,然后我们再分析整个函数:
这里只有一个要注意的就是我们检测peer是否存在,检测了两次,这是我们在第二次得到锁之前与第一次释放锁之后,这段时间内有可能一个新的peer被加入.
接下来我们来看clean_once这个函数.这个函数不仅会被inet_getpeer调用,还会被peer_periodic_timer调用:
接下来来看定时器处理函数:
然后我们来看下ip头的id域在内核中的实现(也就是ip包的id的选择).
内核中实现这个的函数是__ip_select_ident,一般我们调用,都是调用它的包装函数ip_select_ident,这个函数只不过是判断了下DF位(主要是为了处理win95的bug),然后调用__ip_select_ident.
我们来看实现:
来看下ip层的统计信息的表示.
这里的统计信息是通过per cpu的变量ip_statistics来表示的,这里要知道其实网络子系统很多地方都有一个统计信息,这些统计信息的初始化是通过ipv4_mib_init_net来做的.
每个cpu所统计的信息就是通过他处理的中断所传递的包的信息.
而它提供了几个宏来执行统计,这几个宏分为中端上下文外和内执行.
最后看下,ip的一些配置工具的实现.
这里只是简单的介绍下,具体的去看源码就好了.
这里有4种途经来进行配置:
1 ioctl
这个主要是被ifconfig使用.对应内核就是netdev的do_ioctl函数.
2 netlink
主要被iproute2使用.比如RTMGRP_IPV4_IFADDR广播组,来通知用户空间,网络地址的改变.
3 /proc文件系统.
也就是/proc/sys/net/ipv4
4 RAPP/BOOTP/DHCP
这些也就是通过远程host来配置ip地址等.
ip子系统还提供了一个inetaddr_chain通知链来通知内核其他子系统(比如路由子系统,以及nerfilter masquerading)ip配置的改变.
首先来看 long-living ip peer information.
我们知道ip协议是无状态的协议.这里内核为了提升性能.为每个目的ip地址(换句话说,也就是和本机进行通信过的主机)保存了一些信息.
peer子系统一般是被tcp,或者routing子系统所使用.
这个信息的数据结构是inet_peer,它是一棵avl树,每个节点的key就是一个ip地址.由于是avl树,因此每次搜索都是O(lg n):
struct inet_peer { ///avl树的左子树和右子树 struct inet_peer *avl_left, *avl_right; ///远端peer的ip地址 __be32 v4daddr; /* peer's address */ ///树的高度 __u16 avl_height; ///下一个使用这个peer的包id(我们的包id的选择,就是基于这个域,也就是每次通过传入ip地址,从而得到当前应使用的id(通过inet_getid函数)). __u16 ip_id_count; /* IP ID for the next packet */ ///这个链表包含了所有定时器到期的peer(由于peer初始化的时候内存大小有限制,因此我们就需要定时将在给定时间内没有使用的peer放到这个链表中).这里只有当它的引用计数为0时,才会最终从unused中移除. struct list_head unused; ///当这个inet_peer元素被加入到unused链表中(通过inet_putpeer)的时间. __u32 dtime; /* the time of last use of not ///引用计数 * referenced entries */ atomic_t refcnt; ///帧结束的计数器. atomic_t rid; /* Frag reception counter */ ///下面这两个是被tcp使用来管理时间戳的. __u32 tcp_ts; unsigned long tcp_ts_stamp; };
peer子系统的初始化是在inet_initpeers中进行的,它是被ipv4协议的初始化函数ip_init调用的.这个函数的主要任务有三个:
1 allocate一个将要保存inet_peer数据的cache.
2 定义能被inet_peer所使用的最大内存限制.
3 开启gc定时器.
///内存限制 extern int inet_peer_threshold; ///cache static struct kmem_cache *peer_cachep __read_mostly; ///定时器.可以看到它的处理函数是peer_check_expire,我们后面会介绍这个函数. static DEFINE_TIMER(peer_periodic_timer, peer_check_expire, 0, 0); ///相应的读写锁. static DEFINE_RWLOCK(peer_pool_lock); void __init inet_initpeers(void) { struct sysinfo si; /* Use the straight interface to information about memory. */ si_meminfo(&si); ///上面是取得系统的一些信息,我们这里主要用到的就是内存信息,因此这里通过总内存大小,来对inet_peer_threshold进行赋值. if (si.totalram <= (32768*1024)/PAGE_SIZE) inet_peer_threshold >>= 1; /* max pool size about 1MB on IA32 */ if (si.totalram <= (16384*1024)/PAGE_SIZE) inet_peer_threshold >>= 1; /* about 512KB */ if (si.totalram <= (8192*1024)/PAGE_SIZE) inet_peer_threshold >>= 2; /* about 128KB */ ///create一个cache. peer_cachep = kmem_cache_create("inet_peer_cache", sizeof(struct inet_peer), 0, SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL); ///初始化定时器. peer_periodic_timer.expires = jiffies + net_random() % inet_peer_gc_maxtime + inet_peer_gc_maxtime; add_timer(&peer_periodic_timer); }
peer系统的核心函数就是inet_getpeer,它是提供给其他子系统的接口,它封装了lookup函数,而loopup函数只是很简单的avl树的查找函数.
而 inet_getpeer函数它通过传入的key(也就是ip地址)和一个flag(比如赋值为create),可以做到,当查找失败后,能创建一个新的树的拣点,并初始化ip包 的id(使用id模块的secure_ip_id)来初始化.
首先来看它的调用图,然后我们再分析整个函数:
这里只有一个要注意的就是我们检测peer是否存在,检测了两次,这是我们在第二次得到锁之前与第一次释放锁之后,这段时间内有可能一个新的peer被加入.
struct inet_peer *inet_getpeer(__be32 daddr, int create) { struct inet_peer *p, *n; struct inet_peer **stack[PEER_MAXDEPTH], ***stackptr; ///查找是否存在这个peer节点. read_lock_bh(&peer_pool_lock); p = lookup(daddr, NULL); ///存在的话引用计数加1. if (p != peer_avl_empty) atomic_inc(&p->refcnt); read_unlock_bh(&peer_pool_lock); if (p != peer_avl_empty) { ///如果这个节点在unused中,则从unused中移除它.并返回 unlink_from_unused(p); return p; } ///如果create参数为null,则返回null. if (!create) return NULL; ///开始创建一个新的peer节点. n = kmem_cache_alloc(peer_cachep, GFP_ATOMIC); if (n == NULL) return NULL; n->v4daddr = daddr; atomic_set(&n->refcnt, 1); atomic_set(&n->rid, 0); ///得到合适的包id. n->ip_id_count = secure_ip_id(daddr); n->tcp_ts_stamp = 0; write_lock_bh(&peer_pool_lock); /* Check if an entry has suddenly appeared. */ p = lookup(daddr, stack); if (p != peer_avl_empty) goto out_free; ///加入到avl树. link_to_pool(n); ///初始化它的unused链表. INIT_LIST_HEAD(&n->unused); peer_total++; write_unlock_bh(&peer_pool_lock); ///如果此时内存超过限制,则remove掉链表头的元素(也就是LRU算法了,后面我们会分析cleanup_once这个函数. if (peer_total >= inet_peer_threshold) /* Remove one less-recently-used entry. */ cleanup_once(0); return n; out_free: ........................................ }
接下来我们来看clean_once这个函数.这个函数不仅会被inet_getpeer调用,还会被peer_periodic_timer调用:
static int cleanup_once(unsigned long ttl) { struct inet_peer *p = NULL; /* Remove the first entry from the list of unused nodes. */ spin_lock_bh(&inet_peer_unused_lock); if (!list_empty(&unused_peers)) { __u32 delta; p = list_first_entry(&unused_peers, struct inet_peer, unused); ///计算出这个peer最后一次被使用(也就是操作引用计数)到当前过去了多久. delta = (__u32)jiffies - p->dtime; ///如果这个时间小于传进来的ttl,就不进行任何操作.直接返回(这个ttl也就表示一个在unused链表中的元素在删除前,需要等待多久).而我们上面的inet_getpeer中,传进来的是0,这就会直接删除掉第一个peer. if (delta < ttl) { /* Do not prune fresh entries. */ spin_unlock_bh(&inet_peer_unused_lock); return -1; } list_del_init(&p->unused); ///引用计数-1. atomic_inc(&p->refcnt); } spin_unlock_bh(&inet_peer_unused_lock); if (p == NULL) /* It means that the total number of USED entries has * grown over inet_peer_threshold. It shouldn't really * happen because of entry limits in route cache. */ return -1; ///这个函数就简单介绍一下,先会判断p的引用计数,如果引用计数为1,则说明可以从avl树中删除它,然后将它彻底free掉.当引用技术不为1,则会将它直接加入到unused链表中(这里要注意,它并没有从avl树中删除). unlink_from_pool(p); return 0; }
接下来来看定时器处理函数:
static void peer_check_expire(unsigned long dummy) { unsigned long now = jiffies; int ttl; ///如果内存过大则将ttl设置为最小. if (peer_total >= inet_peer_threshold) ttl = inet_peer_minttl; else ///其实也就是根据使用的内存peer_total,来设置ttl. ttl = inet_peer_maxttl - (inet_peer_maxttl - inet_peer_minttl) / HZ * peer_total / inet_peer_threshold * HZ; while (!cleanup_once(ttl)) { if (jiffies != now) break; } ///这里要注意,我们的定时器时间也是根据当前使用的内存peer_total来进行调节的. if (peer_total >= inet_peer_threshold) peer_periodic_timer.expires = jiffies + inet_peer_gc_mintime; else peer_periodic_timer.expires = jiffies + inet_peer_gc_maxtime - (inet_peer_gc_maxtime - inet_peer_gc_mintime) / HZ * peer_total / inet_peer_threshold * HZ; add_timer(&peer_periodic_timer); }
然后我们来看下ip头的id域在内核中的实现(也就是ip包的id的选择).
内核中实现这个的函数是__ip_select_ident,一般我们调用,都是调用它的包装函数ip_select_ident,这个函数只不过是判断了下DF位(主要是为了处理win95的bug),然后调用__ip_select_ident.
我们来看实现:
void __ip_select_ident(struct iphdr *iph, struct dst_entry *dst, int more) { struct rtable *rt = (struct rtable *) dst; if (rt) { ///如果peer为空,则调用rt_bind_peer新创建一个peer. if (rt->peer == NULL) rt_bind_peer(rt, 1); /* If peer is attached to destination, it is never detached, so that we need not to grab a lock to dereference it. */ if (rt->peer) { ///取得当前的peer的id(也就是ip_id_count域).这里要注意调用inet_getid后,ip_id_count域会自动增长), iph->id = htons(inet_getid(rt->peer, more)); return; } } else printk(KERN_DEBUG "rt_bind_peer(0) @%p\n", __builtin_return_address(0)); ///如果peer创建失败,则调用ip_select_fb_ident ip_select_fb_ident(iph); } static void ip_select_fb_ident(struct iphdr *iph) { static DEFINE_SPINLOCK(ip_fb_id_lock); static u32 ip_fallback_id; u32 salt; spin_lock_bh(&ip_fb_id_lock); ///由于无法得到peer,因此需要跳过peer子系统,直接取得id. salt = secure_ip_id((__force __be32)ip_fallback_id ^ iph->daddr); iph->id = htons(salt & 0xFFFF); ip_fallback_id = salt; spin_unlock_bh(&ip_fb_id_lock); }
来看下ip层的统计信息的表示.
这里的统计信息是通过per cpu的变量ip_statistics来表示的,这里要知道其实网络子系统很多地方都有一个统计信息,这些统计信息的初始化是通过ipv4_mib_init_net来做的.
static __net_init int ipv4_mib_init_net(struct net *net) { ///我们看到有tcp层,ip层等等的统计信息.这里每个统计变量都是 per cpu的. if (snmp_mib_init((void **)net->mib.tcp_statistics, sizeof(struct tcp_mib)) < 0) goto err_tcp_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.ip_statistics, sizeof(struct ipstats_mib)) < 0) goto err_ip_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.net_statistics, sizeof(struct linux_mib)) < 0) goto err_net_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.udp_statistics, sizeof(struct udp_mib)) < 0) goto err_udp_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.udplite_statistics, sizeof(struct udp_mib)) < 0) goto err_udplite_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.icmp_statistics, sizeof(struct icmp_mib)) < 0) goto err_icmp_mib; if (snmp_mib_init((void **)net->mib.icmpmsg_statistics, sizeof(struct icmpmsg_mib)) < 0) goto err_icmpmsg_mib; tcp_mib_init(net); return 0; ........................... }
每个cpu所统计的信息就是通过他处理的中断所传递的包的信息.
而它提供了几个宏来执行统计,这几个宏分为中端上下文外和内执行.
#define IP_INC_STATS(net, field) SNMP_INC_STATS((net)->mib.ip_statistics, field) //这2个都是在中断上下文外的 #define IP_INC_STATS_BH(net, field) SNMP_INC_STATS_BH((net)->mib.ip_statistics, field) #define IP_ADD_STATS_BH(net, field, val) SNMP_ADD_STATS_BH((net)->mib.ip_statistics, field, val)
最后看下,ip的一些配置工具的实现.
这里只是简单的介绍下,具体的去看源码就好了.
这里有4种途经来进行配置:
1 ioctl
这个主要是被ifconfig使用.对应内核就是netdev的do_ioctl函数.
2 netlink
主要被iproute2使用.比如RTMGRP_IPV4_IFADDR广播组,来通知用户空间,网络地址的改变.
3 /proc文件系统.
也就是/proc/sys/net/ipv4
4 RAPP/BOOTP/DHCP
这些也就是通过远程host来配置ip地址等.
ip子系统还提供了一个inetaddr_chain通知链来通知内核其他子系统(比如路由子系统,以及nerfilter masquerading)ip配置的改变.
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