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Linux核心分析 - 網路：netif_receive_skb平臺報文入口函式詳解

阿新 • • 發佈：2019-01-13

網路收包流程從網絡卡驅動開始，一直往上，涉及NAPI、GRO、RPS等特性，但是一般最後都會呼叫__netif_receive_skb函式：

函式主要有幾個處理：

1、vlan報文的處理，主要是迴圈把vlan頭剝掉，如果qinq場景，兩個vlan都會被剝掉；

2、交給rx_handler處理，例如OVS、linux bridge等；

3、ptype_all處理，例如抓包程式、raw socket等；

4、ptype_base處理，交給協議棧處理，例如ip、arp、rarp等；


  1. static int __netif_receive_skb(
    struct sk_buff *skb)
  2. {
  3.     struct packet_type *ptype, *pt_prev;
  4.     rx_handler_func_t *rx_handler;
  5.     struct net_device *orig_dev;
  6.     struct net_device *
    null_or_dev;
  7.     bool deliver_exact = false;
  8.     int ret = NET_RX_DROP;
  9.     __be16 type;

  11.     if (!netdev_tstamp_prequeue)
  12.         net_timestamp_check(
    skb);

  14.     trace_netif_receive_skb(skb);

  16.     if (netpoll_receive_skb(skb))
  17.         return NET_RX_DROP;

  19.     if (!skb->skb_iif)
  20.         skb->skb_iif = skb->dev->ifindex;
  21.     orig_dev = skb->dev;

  23.     skb_reset_network_header(skb);  //把L3、L4的頭都指向data資料結構，到這裡的時候skb已經處理完L2層的頭了
  24.     skb_reset_transport_header(skb);
  25.     skb_reset_mac_len(skb);

  27.     pt_prev = NULL;

  29.     rcu_read_lock();

  31. another_round:

  33.     __this_cpu_inc(softnet_data.processed);

  35.     if (skb->protocol == cpu_to_be16(ETH_P_8021Q)) {
  36.         skb = vlan_untag(skb);
  37.         if (unlikely(!skb))
  38.             goto out;
  39.     }

  41. #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
  42.     if (skb->tc_verd & TC_NCLS) {
  43.         skb->tc_verd = CLR_TC_NCLS(skb->tc_verd);
  44.         goto ncls;
  45.     }
  46. #endif

  48.     list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) {  //把包交給特定協議相關的處理函式前，先呼叫ptype_all中註冊的函式
  49.         if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) {    //最常見的為tcpdump，該工具就是從這裡拿到所有收到的包的
  50.             if (pt_prev)
  51.                 ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
  52.             pt_prev = ptype;  //pt_prev的加入是為了優化，只有當找到下一個匹配的時候，才執行這一次的回撥函式
  53.         }                     
  54.     }

  56. #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
  57.     skb = handle_ing(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
  58.     if (!skb)
  59.         goto out;
  60. ncls:
  61. #endif
  62.     rx_handler = rcu_dereference(skb->dev->rx_handler);  //由具體驅動決定
  63.     if (rx_handler) {
  64.         if (pt_prev) {
  65.             ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
  66.             pt_prev = NULL;
  67.         }
  68.         switch (rx_handler(&skb)) {
  69.         case RX_HANDLER_CONSUMED:
  70.             goto out;
  71.         case RX_HANDLER_ANOTHER:
  72.             goto another_round;
  73.         case RX_HANDLER_EXACT:
  74.             deliver_exact = true;
  75.         case RX_HANDLER_PASS:
  76.             break;
  77.         default:
  78.             BUG();
  79.         }
  80.     }

  82.     if (vlan_tx_tag_present(skb)) {
  83.         if (pt_prev) {
  84.             ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev);
  85.             pt_prev = NULL;
  86.         }
  87.         if (vlan_do_receive(&skb)) {
  88.             ret = __netif_receive_skb(skb);
  89.             goto out;
  90.         } else if (unlikely(!skb))
  91.             goto out;
  92.     }

  94.     /* deliver only exact match when indicated */
  95.     null_or_dev = deliver_exact ? skb->dev : NULL;

  97.     type = skb->protocol;
  98.     list_for_each_entry_rcu(ptype,
  99.             &ptype_base[ntohs(type) & PTYPE_HASH_MASK], list) {
  100.         if (ptype->type == type &&
  101.             (ptype->dev == null_or_dev || ptype->dev == skb->dev ||
  102.              ptype->dev == orig_dev)) {
  103.             if (pt_prev)
  104.                 ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); //atomic_inc(&skb->users);
  105.             pt_prev = ptype;
  106.         }
  107.     }

  109.     if (pt_prev) {
  110.         ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);  //一般的最後這一次沒有引用計數的增加，直接呼叫函式
  111.     } else {
  112.         atomic_long_inc(&skb->dev->rx_dropped);
  113.         kfree_skb(skb);
  114.         /* Jamal, now you will not able to escape explaining
  115.          * me how you were going to use this. :-)
  116.          */
  117.         ret = NET_RX_DROP;
  118.     }

  120. out:
  121.     rcu_read_unlock();
  122.     return ret;
  123. }
該函式涉及兩個全域性變數：
  1. static struct list_head ptype_base[PTYPE_HASH_SIZE] __read_mostly;
  2. static struct list_head ptype_all __read_mostly
看幾個常見的packet_type，這些都在相應的協議初始化的時候呼叫dev_add_pack加入到特性的連結串列中：
  1. static struct packet_type ip_packet_type __read_mostly = {
  2.     .type = cpu_to_be16(ETH_P_IP),
  3.     .func = ip_rcv,
  4.     .gso_send_check = inet_gso_send_check,
  5.     .gso_segment = inet_gso_segment,
  6.     .gro_receive = inet_gro_receive,
  7.     .gro_complete = inet_gro_complete,
  8. };

  10. static struct packet_type arp_packet_type __read_mostly = {
  11.     .type = cpu_to_be16(ETH_P_ARP),
  12.     .func = arp_rcv,
  13. }
在ip_rcv函式中會對L3頭做一些有效性檢測:
  1. int ip_rcv(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev, struct packet_type *pt, struct net_device *orig_dev)
  2. {
  3.     const struct iphdr *iph;
  4.     u32 len;

  6.     /* When the interface is in promisc. mode, drop all the crap
  7.      * that it receives, do not try to analyse it.
  8.      */
  9.     if (skb->pkt_type == PACKET_OTHERHOST)  //驅動根據MAC地址設定的，如果MAC地址不是本機的話，在這裡丟棄。
  10.         goto drop;


  13.     IP_UPD_PO_STATS_BH(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_IN, skb->len);

  15.     if ((skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC)) == NULL) {
  16.         IP_INC_STATS_BH(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_INDISCARDS);
  17.         goto out;
  18.     }

  20.     if (!pskb_may_pull(skb, sizeof(struct iphdr)))
  21.         goto inhdr_error;

  23.     iph = ip_hdr(skb);

  25.     /*
  26.      * RFC1122: 3.2.1.2 MUST silently discard any IP frame that fails the checksum.
  27.      *
  28.      * Is the datagram acceptable?
  29.      *
  30.      * 1. Length at least the size of an ip header
  31.      * 2. Version of 4
  32.      * 3. Checksums correctly. [Speed optimisation for later, skip loopback checksums]
  33.      * 4. Doesn't have a bogus length
  34.      */

  36.     if (iph->ihl < 5 || iph->version != 4)
  37.         goto inhdr_error;

  39.     if (!pskb_may_pull(skb, iph->ihl*4))
  40.         goto inhdr_error;

  42.     iph = ip_hdr(skb);

  44.     if (unlikely(ip_fast_csum((u8 *)iph, iph->ihl)))  //校驗ip頭是否正確
  45.         goto inhdr_error;
  46.     len = ntohs(iph->tot_len);  //iph中的大小是真正的大小，skb中len的大小是驅動中設定的，當包很小的時候，會進行填充，因此會比iph中的大
  47.     if (skb->len < len) {//以r8169為例，如果收到udp的包負載為1,則iph中的大小為20+8+1=29。但是此時skb->len=46=64(min)-14-4(vlan)
  48.         IP_INC_STATS_BH(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_INTRUNCATEDPKTS);
  49.         goto drop;
  50.     } else if (len < (iph->ihl*4))
  51.         goto inhdr_error;

  53.     /* Our transport medium may have padded the buffer out. Now we know it
  54.      * is IP we can trim to the true length of the frame.
  55.      * Note this now means skb->len holds ntohs(iph->tot_len).
  56.      */
  57.     if (pskb_trim_rcsum(skb, len)) {  //去除填充的資料
  58.         IP_INC_STATS_BH(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_INDISCARDS);
  59.         goto drop;
  60.     }

  62.     /* Remove any debris in the socket control block */
  63.     memset(IPCB(skb), 0, sizeof(struct inet_skb_parm));

  65.     /* Must drop socket now because of tproxy. */
  66.     skb_orphan(skb);

  68.     return NF_HOOK(NFPROTO_IPV4, NF_INET_PRE_ROUTING, skb, dev, NULL,
  69.                ip_rcv_finish);

  71. inhdr_error:
  72.     IP_INC_STATS_BH(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_INHDRERRORS);
  73. drop:
  74.     kfree_skb(skb);
  75. out:
  76.     return NET_RX_DROP;
  77. }
然後呼叫ip_rcv_finish：

  1. static int ip_rcv_finish(struct sk_buff *skb)
  2. {
  3.     const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
  4.     struct rtable *rt;

  6.     /* 
  7.      * Initialise the virtual path cache for the packet. It describes
  8.      * how the packet travels inside Linux networking.
  9.      */
  10.     if (skb_dst(skb) == NULL) {
  11.         int err = ip_route_input_noref(skb, iph->daddr, iph->saddr,//路由尋找，根據目的地址判斷是本地接收還是轉發（使能forward的話）
  12.                            iph->tos, skb->dev);
  13.         if (unlikely(err)) {
  14.             if (err == -EHOSTUNREACH)
  15.                 IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dev),
  16.                         IPSTATS_MIB_INADDRERRORS);
  17.             else if (err == -ENETUNREACH)
  18.                 IP_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dev),
  19.                         IPSTATS_MIB_INNOROUTES);
  20.             else if (err == -EXDEV)
  21.                 NET_INC_STATS_BH(dev_net(skb->dev),
  22.                          LINUX_MIB_IPRPFILTER);
  23.             goto drop;
  24.         }
  25.     } 

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