第2章mbuf存储器缓存.PDFVIP

下载 第2章 mbuf：存储器缓存 2.1 引言 网络协议对内核的存储器管理能力提出了很多要求。这些要求包括能方便地操作可变长 缓存，能在缓存头部和尾部添加数据 (如低层封装来自高层的数据 ) ，能从缓存中移去数据(如， 当数据分组向上经过协议栈时要去掉首部 ) ，并能尽量减少为这些操作所做的数据复制。内核 中的存储器管理调度直接关系到联网协议的性能。 在第 1章我们介绍了普遍应用于N e t / 3 内核中的存储器缓存：m b u f ，它是“memory buf f e r ” 的缩写。在本章，我们要查看 m b u f和内核中用于操作它们的函数的更多的细节，在本书中几 乎每一页我们都会遇到m b u f 。要理解本书的其他部分必须先要理解m b u f 。 m b u f 的主要用途是保存在进程和网络接口间互相传递的用户数据。但 m b u f 也用于保存其 他各种数据：源与目标地址、插口选项等等。 图2 - 1显示了我们要遇到的四种不同类型的 m b u f ，它们依据在成员 m _ f l a g s中填写的不 同标志M _ P K T H D R和M _ E X T而不同。图2 - 1 中四个m b u f 的区别从左到右罗列如下： 1) 如果m _ f l a g s等于0 ，m b u f 只包含数据。在m b u f 中有1 0 8字节的数据空间(m _ d a t数组) 。 指针m _ d a t a指向这 1 0 8字节缓存中的某个位置。我们所示的 m _ d a t a指向缓存的起始， 但它能指向缓存中的任意位置。成员 m _ l e n指示了从 m _ d a t a开始的数据的字节数。 图1 - 6是这类m b u f 的一个例子。 在图2 - 1 中，结构m _ h d r中有六个成员，它的总长是 2 0 字节。当我们查看此结构的 C语 言定义时，会看见前四个成员每个占用 4字节而后两个成员每个占用 2字节。在图2 - 1 中 我们没有区分4字节成员和2字节成员。 2) 第二类m b u f 的m _ f l a g s值是M _ P K T H D R，它指示这是一个分组首部，描述一个分组数 据的第一个 m b u f 。数据仍然保存在这个 m b u f 中，但是由于分组首部占用了 8字节，只 有1 0 0字节的数据可存储在这个 m b u f 中(在m _ p k t d a t数组中) 。图1 - 1 0是这种m b u f 的一 个例子。 成员m _ p k t h d r . l e n的值是这个分组的 m b u f 链表中所有数据的总长度：即所有通过 m _ n e x t指针链接的 m b u f 的m _ l e n值的和，如图 1 - 8所示。输出分组没有使用成员 m _ p k t h d r . r c v i f，但对于接收的分组，它包含一个指向接收接口 i f n e t结构( 图3 - 6 ) 的指针。 3) 下一种m b u f 不包含分组首部(没有设置K _ P K T H D R) ，但包含超过2 0 8字节的数据，这时 用到一个叫“簇”的外部缓存 (设置M _ E X T) 。在此m b u f 中仍然为分组首部结构分配了 空间，但没有用—在图2 - 1 中，我们用阴影显示出来。 N e t / 3 分配一个大小为 1 0 2 4或 2 0 4 8字节的簇，而不是使用多个 m b u f 来保存数据 (第一个带有 1 0 0字节数据，其余的每 个带有 1 0 8字节数据) 。在这个m b u f 中，指针m _ d a t a指向这个簇中的某个位置。 N e t / 3 版本支持七种不同的结构。定义了四种 1 0 2 4字节的簇(惯例值) ，三种2 0 4 8字节的 第 2章 mbuf ：存储器缓存计计25 下载 簇。传统上用 1 0 2 4字节的原因是为了节约存储器：如果簇的大小是 2 0 4 8 ，对于以太网 分组 ( 最大 1 5 0 0字节) ，每个簇大约有四分之一没有用。在 2 7 . 5 节中我们会看到 N e t / 3 T C P发送的每个 T C P