【Linux 内核网络协议栈源码剖析】sendto 函数剖析

2023-10-29 20:32
文章标签 linux 源码 函数 剖析 内核 网络协议 sendto

本文主要是介绍【Linux 内核网络协议栈源码剖析】sendto 函数剖析，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！

前面介绍的函数基本上都是TCP协议的，如listen，connect，accept 等函数，这都是为可靠传输协议TCP定制的。对于另一个不可靠udp协议（通信系统其可靠性交由上层应用层负责），则主要由两个函数完成，sendto 和 recvfrom 函数。这里先介绍 sendto 函数。

说明：sendto 和 recvfrom 函数不限于udp协议，这里只是udp协议当中是采用这两个函数实现的，所以就放在udp协议中介绍。

对于 udp 协议的介绍和编程实现请参考下文：UDP 客户/服务器简单 Socket 程序

简要介绍下UDP数据报格式，相比TCP数据报格式，实在是简洁不少。

                                  

上面的各个字段含义一目了然（上面是16是表示该字段占16bit，udp头部占8字节），其中长度指的是此 UDP 数据报的长度（包括 UDP 数据报头部和 “数据” 部分）。

一、应用层——sendto 函数

[cpp]  view plain copy
print ?
  1. #include <sys/socket.h>  
  2. ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags,  
  3.                const struct sockaddr *to, socklen_t *addrlen);  
  4. //若成功则返回写的字节数，出错则返回-1  
  5. /*参数解析 
  6. 前面三个参数分别表示：套接字描述符，指向写出缓冲区的指针和写字节数。 
  7. to：指向一个含有数据报接收者的协议地址（如IP地址和端口号）的套接字地址结构，其大小由addrlen参数指定 
  8. */  
该函数的作用是：向指定端口发送给定地址中的指定大小数据（如客户端sockfd，向 to 指定的远端套接字发送buff 缓冲区内nbytes 个字节数据）

二、BSD Socket层——sock_sendto 函数

[cpp]  view plain copy
print ?
  1. /* 
  2.  *  Send a datagram to a given address. We move the address into kernel 
  3.  *  space and check the user space data area is readable before invoking 
  4.  *  the protocol. 
  5.  */  
  6. //发送数据给指定的远端地址，主要用于UDP协议  
  7. //前面三个参数分别表示套接口描述字、指向缓冲区的指针和读写字节数  
  8. //addr指向一个含有数据包接收者的协议地址(含ip地址和端口号)的套接口地址结构  
  9. //其大小由addr_len参数指定  
  10. //该函数的作用就是向指定地址的远端发送数据包：将buff缓冲区中len大小的数据发送给addr指定的远端套接字  
  11. static int sock_sendto(int fd, void * buff, int len, unsigned flags,  
  12.        struct sockaddr *addr, int addr_len)  
  13. {  
  14.     struct socket *sock;  
  15.     struct file *file;  
  16.     char address[MAX_SOCK_ADDR];  
  17.     int err;  
  18.     //参数有效性检查  
  19.     if (fd < 0 || fd >= NR_OPEN || ((file = current->files->fd[fd]) == NULL))  
  20.         return(-EBADF);  
  21.     //找到给定文件描述符对应的socket结构  
  22.     if (!(sock = sockfd_lookup(fd, NULL)))  
  23.         return(-ENOTSOCK);  
  24.   
  25.     if(len<0)  
  26.         return -EINVAL;  
  27.     //检查权限，buff中len个字节区域是否可读  
  28.     err=verify_area(VERIFY_READ,buff,len);  
  29.     if(err)  
  30.         return err;  
  31.     //从addr拷贝addr_len大小的数据到address  
  32.     if((err=move_addr_to_kernel(addr,addr_len,address))<0)  
  33.         return err;  
  34.     //调用下层函数sendto,inet域为inet_sendto函数  
  35.     return(sock->ops->sendto(sock, buff, len, (file->f_flags & O_NONBLOCK),  
  36.         flags, (struct sockaddr *)address, addr_len));  
  37. }  
三、INET Socket层——inet_sendto 函数
[cpp]  view plain copy
print ?
  1. //INET socket层  
  2. tatic int inet_sendto(struct socket *sock, void *ubuf, int size, int noblock,   
  3.     unsigned flags, struct sockaddr *sin, int addr_len)  
  4.   
  5.    //得到socket对应的sock结构  
  6. struct sock *sk = (struct sock *) sock->data;  
  7. //判断该套接字的有效性，是否处于关闭状态(半关闭)  
  8. if (sk->shutdown & SEND_SHUTDOWN)   
  9. {  
  10.     send_sig(SIGPIPE, current, 1);  
  11.     return(-EPIPE);  
  12. }  
  13. if (sk->prot->sendto == NULL)   
  14.     return(-EOPNOTSUPP);  
  15. if(sk->err)  
  16.     return inet_error(sk);  
  17. /* We may need to bind the socket. */  
  18. //自动绑定一个本地端口号  
  19. if(inet_autobind(sk)!=0)  
  20.     return -EAGAIN;  
  21. //调用下层传输层函数udp_sendto函数  
  22. return(sk->prot->sendto(sk, (unsigned char *) ubuf, size, noblock, flags,   
  23.            (struct sockaddr_in *)sin, addr_len));  
四、传输层

udp_sento 函数

[cpp]  view plain copy
print ?
  1. static int udp_sendto(struct sock *sk, unsigned char *from, int len, int noblock,  
  2.        unsigned flags, struct sockaddr_in *usin, int addr_len)  
  3. {  
  4.     struct sockaddr_in sin;  
  5.     int tmp;  
  6.   
  7.     /*  
  8.      *  Check the flags. We support no flags for UDP sending 
  9.      */  
  10.      //udp除了MSG_DONTROUTE外，不支持任何其他标志位  
  11.     if (flags&~MSG_DONTROUTE)   
  12.         return(-EINVAL);  
  13.     /* 
  14.      *  Get and verify the address.  
  15.      */  
  16.     //对远端地址的合法性检查，由于不涉及网络数据传送，所以无法验证这个地址存在性  
  17.       
  18.     if (usin)   
  19.     {  
  20.     //如果明确指定远端地址，就直接检查该地址的有效性  
  21.         if (addr_len < sizeof(sin)) //大小  
  22.             return(-EINVAL);  
  23.         memcpy(&sin,usin,sizeof(sin));  
  24.         if (sin.sin_family && sin.sin_family != AF_INET) //本地地址有效性  
  25.             return(-EINVAL);  
  26.         if (sin.sin_port == 0) //端口号有效性  
  27.             return(-EINVAL);  
  28.     }   
  29.     else   
  30.     {  
  31.     //如果没有明确指定远端地址，则检查之前是否调用了connect函数进行了地址绑定  
  32.         if (sk->state != TCP_ESTABLISHED)   
  33.             return(-EINVAL);  
  34.         //如果进行了绑定，则将远端地址设置为这个绑定的地址  
  35.         sin.sin_family = AF_INET;  
  36.         sin.sin_port = sk->dummy_th.dest;  
  37.         sin.sin_addr.s_addr = sk->daddr;  
  38.     }  
  39.     
  40.     /* 
  41.      *  BSD socket semantics. You must set SO_BROADCAST to permit 
  42.      *  broadcasting of data. 
  43.      */  
  44.     //处理尚未指定本地地址的情况  
  45.     if(sin.sin_addr.s_addr==INADDR_ANY)  
  46.         sin.sin_addr.s_addr=ip_my_addr();  
  47.   
  48.     //处理广播的情况  
  49.     if(!sk->broadcast && ip_chk_addr(sin.sin_addr.s_addr)==IS_BROADCAST)  
  50.             return -EACCES;         /* Must turn broadcast on first */  
  51.   
  52.     sk->inuse = 1;//加锁  
  53.   
  54.     /* Send the packet. */  
  55.     //转调用udp_send函数  
  56.     tmp = udp_send(sk, &sin, from, len, flags);  
  57.   
  58.     /* The datagram has been sent off.  Release the socket. */  
  59.     //数据包以发送，释放该套接字，前面介绍到这个函数的两个功能  
  60.     //取决于sk_dead字段是否设置  
  61.     release_sock(sk);  
  62.     return(tmp);  
  63. }  
udp_send 函数
[cpp]  view plain copy
print ?
  1.  //根据被调用出清楚参数情况  
  2. static int udp_send(struct sock *sk, struct sockaddr_in *sin,  
  3.      unsigned char *from, int len, int rt)  
  4. {  
  5.     struct sk_buff *skb;  
  6.     struct device *dev;  
  7.     struct udphdr *uh;  
  8.     unsigned char *buff;  
  9.     unsigned long saddr;  
  10.     int size, tmp;  
  11.     int ttl;  
  12.     
  13.     /*  
  14.      *  Allocate an sk_buff copy of the packet. 
  15.      */  
  16.     //计算所需要分配的封装数据的缓冲区大小   
  17.     size = sk->prot->max_header + len;  
  18.     //分配指定大小的sk_buff 结构用于封装数据  
  19.     skb = sock_alloc_send_skb(sk, size, 0, &tmp);  
  20.   
  21.   
  22.     if (skb == NULL)   
  23.         return tmp;  
  24.   
  25.     skb->sk       = NULL;    /* to avoid changing sk->saddr */  
  26.     skb->free     = 1;//发送完后数据包立即释放，udp不提供超时重传  
  27.     skb->localroute = sk->localroute|(rt&MSG_DONTROUTE);//指定路由类型  
  28.   
  29.     /* 
  30.      *  Now build the IP and MAC header.  
  31.      */  
  32.        
  33.     buff = skb->data;//udp首部和有效负载  
  34.     saddr = sk->saddr;//本地地址  
  35.     dev = NULL;  
  36.     ttl = sk->ip_ttl;  
  37. #ifdef CONFIG_IP_MULTICAST  
  38.     //如果目的地址是多播，则设置TTL值为1，表示局限于本地网络，不可跨越路由器  
  39.   
  40.     if (MULTICAST(sin->sin_addr.s_addr))  
  41.         ttl = sk->ip_mc_ttl;  
  42. #endif  
  43.     //创建MAC首部和IP首部  
  44.     tmp = sk->prot->build_header(skb, saddr, sin->sin_addr.s_addr,  
  45.             &dev, IPPROTO_UDP, sk->opt, skb->mem_len,sk->ip_tos,ttl);  
  46.   
  47.     skb->sk=sk;//关联  /* So memory is freed correctly */  
  48.       
  49.     /* 
  50.      *  Unable to put a header on the packet. 
  51.      */  
  52.                   
  53.     if (tmp < 0 ) //创建失败  
  54.     {  
  55.         sk->prot->wfree(sk, skb->mem_addr, skb->mem_len);  
  56.         return(tmp);  
  57.     }  
  58.       
  59.     buff += tmp;//定位到udp首部位置  
  60.     saddr = skb->saddr; /*dev->pa_addr;*/  
  61.     //数据报sk_buff中挂载的数据部分长度:下面注释，len是有效数据负载长度  
  62.     skb->len = tmp + sizeof(struct udphdr) + len;    /* len + UDP + IP + MAC */  
  63.     skb->dev = dev;//网络接口设备  
  64.       
  65.     /* 
  66.      *  Fill in the UDP header.  
  67.      */  
  68.     //udp首部字段的初始化  
  69.     uh = (struct udphdr *) buff;  
  70.     uh->len = htons(len + sizeof(struct udphdr));//长度字段  
  71.     uh->source = sk->dummy_th.source;//源端端口，sk中tcp首部字段  
  72.     uh->dest = sin->sin_port;//目的端口  
  73.     buff = (unsigned char *) (uh + 1);//定位到数据部分  
  74.     //MAC header | IP Header | UDP Header | Data  
  75.     //uh本身已经指向了udp首地址，uh+1，表示后移一个udp首部大小位置，定位到了数据负载  
  76.   
  77.     /* 
  78.      *  Copy the user data.  
  79.      */  
  80.     //从from拷贝len大小的数据到buff，即把应用层中待发送的缓冲区的数据拷贝到数据包的数据负载中  
  81.     //然后通过数据包整体打包发送出去。  
  82.     //就好比货物搭上了货轮开往目的地，为啥不是火车呢，因为火车线路已经固定好了，只能这么走。  
  83.     memcpy_fromfs(buff, from, len);  
  84.   
  85.     /* 
  86.      *  Set up the UDP checksum.  
  87.      */  
  88.     //同tcp，这里进行udp校验和检查   
  89.     udp_send_check(uh, saddr, sin->sin_addr.s_addr, skb->len - tmp, sk);  
  90.   
  91.     /*  
  92.      *  Send the datagram to the interface.  
  93.      */  
  94.        
  95.     udp_statistics.UdpOutDatagrams++;  
  96.     //调用ip_queue_xmit函数将数据包发往网络层模块处理。以下处理就和TCP协议一样了，二者的差异只在于传输层  
  97.     //该函数以及更下层数据传送前面已经介绍，  
  98.     sk->prot->queue_xmit(sk, dev, skb, 1);  
  99.     return(len);  
  100. }  
关于ip_queue_xmit 函数的介绍以及更下层的数据传送，参见博文： 【Linux 内核网络协议栈源码剖析】数据包发送

可以看出，udp是一种无连接传输层协议，不像tcp那样需要服务器监听，也不必等待客户端与服务器建立连接后才能通信，效率优于tcp协议，但udp则不能保证数据传输的可靠性。
udp 的数据传输，实现并不像tcp那样要建立一条数据传输通道，而是直接创建套接字后，直接传送数据到给定的远端（提供远端地址），数据传送过程无超时重传和序列号校验工作，适用于数据传输的连续性比数据的完整性更重要的场合，允许数据在传输过程中有部分丢失，如IP电话、流媒体通信等。

这篇关于【Linux 内核网络协议栈源码剖析】sendto 函数剖析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/303200。

相关文章

Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明

Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明

《Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明》：本文主要介绍shell通配符、元字符、转义符以及shell解析脚本的过程,通配符用于路径扩展,元字符用于多命令分割,转义符用于将特殊... 目录一、linux shell通配符(wildcard)二、shell元字符（特殊字符 Meta）三、s
阅读更多...
Linux之软件包管理器yum详解

Linux之软件包管理器yum详解

《Linux之软件包管理器yum详解》文章介绍了现代类Unix操作系统中软件包管理和包存储库的工作原理,以及如何使用包管理器如yum来安装、更新和卸载软件,文章还介绍了如何配置yum源,更新系统软件包... 目录软件包yumyum语法yum常用命令yum源配置文件介绍更新yum源查看已经安装软件的方法总结软
阅读更多...
linux报错INFO:task xxxxxx:634 blocked for more than 120 seconds.三种解决方式

linux报错INFO:task xxxxxx:634 blocked for more than 120 seconds.三种解决方式

《linux报错INFO:taskxxxxxx:634blockedformorethan120seconds.三种解决方式》文章描述了一个Linux最小系统运行时出现的“hung_ta... 目录1.问题描述2.解决办法2.1 缩小文件系统缓存大小2.2 修改系统IO调度策略2.3 取消120秒时间限制3
阅读更多...
Linux alias的三种使用场景方式

Linux alias的三种使用场景方式

《Linuxalias的三种使用场景方式》文章介绍了Linux中`alias`命令的三种使用场景：临时别名、用户级别别名和系统级别别名,临时别名仅在当前终端有效,用户级别别名在当前用户下所有终端有效... 目录linux alias三种使用场景一次性适用于当前用户全局生效，所有用户都可调用删除总结Linux
阅读更多...
Linux:alias如何设置永久生效

Linux:alias如何设置永久生效

《Linux:alias如何设置永久生效》在Linux中设置别名永久生效的步骤包括：在/root/.bashrc文件中配置别名,保存并退出,然后使用source命令（或点命令）使配置立即生效,这样,别... 目录linux:alias设置永久生效步骤保存退出后功能总结Linux:alias设置永久生效步骤
阅读更多...
Linux使用fdisk进行磁盘的相关操作

Linux使用fdisk进行磁盘的相关操作

《Linux使用fdisk进行磁盘的相关操作》fdisk命令是Linux中用于管理磁盘分区的强大文本实用程序,这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用fdisk进行磁盘的相关操作,需要的可以了解下... 目录简介基本语法示例用法列出所有分区查看指定磁盘的区分管理指定的磁盘进入交互式模式创建一个新的分区删除一个存
阅读更多...
Linux使用dd命令来复制和转换数据的操作方法

Linux使用dd命令来复制和转换数据的操作方法

《Linux使用dd命令来复制和转换数据的操作方法》Linux中的dd命令是一个功能强大的数据复制和转换实用程序,它以较低级别运行,通常用于创建可启动的USB驱动器、克隆磁盘和生成随机数据等任务,本文... 目录简介功能和能力语法常用选项示例用法基础用法创建可启动www.chinasem.cn的 USB 驱动
阅读更多...
高效管理你的Linux系统: Debian操作系统常用命令指南

高效管理你的Linux系统: Debian操作系统常用命令指南

《高效管理你的Linux系统:Debian操作系统常用命令指南》在Debian操作系统中，了解和掌握常用命令对于提高工作效率和系统管理至关重要，本文将详细介绍Debian的常用命令，帮助读者更好地使... Debian是一个流行的linux发行版，它以其稳定性、强大的软件包管理和丰富的社区资源而闻名。在使用
阅读更多...
Linux Mint Xia 22.1重磅发布: 重要更新一览

Linux Mint Xia 22.1重磅发布: 重要更新一览

《LinuxMintXia22.1重磅发布:重要更新一览》Beta版LinuxMint“Xia”22.1发布，新版本基于Ubuntu24.04，内核版本为Linux6.8，这... linux Mint 22.1「Xia」正式发布啦！这次更新带来了诸多优化和改进，进一步巩固了 Mint 在 Linux 桌面
阅读更多...
LinuxMint怎么安装? Linux Mint22下载安装图文教程

LinuxMint怎么安装? Linux Mint22下载安装图文教程

《LinuxMint怎么安装?LinuxMint22下载安装图文教程》LinuxMint22发布以后，有很多新功能，很多朋友想要下载并安装，该怎么操作呢？下面我们就来看看详细安装指南... linux Mint 是一款基于 Ubuntu 的流行发行版，凭借其现代、精致、易于使用的特性，深受小伙伴们所喜爱。对
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2