socket 内核收发数据解析

fd 和 socket 内核对象的关系socket 套接字,内核对象fd 只是访问它的编号一个 socket 内核对象包含1、发送缓冲区链表存放skb2、接收缓冲区链表存放skb3、五元组…用户态只能通过 fd 操作这个内核 socketLinux 一切皆文件fd 是 socket 在用户态的数字句柄send/recv/read/write// fd 本质进程 PCB (task_struct) 里的文件描述符表数组下标进程 task_struct └── files_struct 进程文件表 └── fd_array[]// fd就是数组索引fd0→ 指向structfile(标准输入)fd1→ 指向structfile(标准输出)fd4→ 指向socket对应的structfilefd--[进程fd数组]--structfile--structsocket// sk_buff 是内核数据包structsk_buff{structsk_buff*next;structsk_buff*prev;chardata[128];uint32_tlen;};/* 双向循环链表头节点 带头尾指针、长度、自旋锁是双向链表 FIFO 队列不是固定长度数组环形缓冲区 */structsk_buff_head{structsk_buff*next;structsk_buff*prev;__u32 qlen;// 当前队列skb数量pthread_spinlock_tlock;// 模拟内核spinlock_t自旋锁};// 双向循环链表基础操作// 初始化 sk_buff_head 双向循环链表头voidskb_queue_head_init(structsk_buff_head*q){q-next(structsk_buff*)q;q-prev(structsk_buff*)q;q-qlen0;pthread_spin_init(q-lock,PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);}┌─────────────────────┐ │sk_buff_head(Q)│ │ │ ┌───────────►│ next │ │ │ prev │ │ │ qlen0│ │ └──────────┬────────────┘ │ │ └──────────────────────┘ Q.nextQ Q.prevQ # 文字描述哨兵头的 next、prev 都指向自己闭环没有真实skb数据包/* 多生产者但消费者队列模型 */#includestdio.h#includestdlib.h#includepthread.h#includestdint.h// 模拟 sk_buff 内核数据包structsk_buff{structsk_buff*next;structsk_buff*prev;chardata[128];// 数据包载荷uint32_tlen;};// 完全复刻截图struct sk_buff_headstructsk_buff_head{structsk_buff*next;structsk_buff*prev;__u32 qlen;// 当前队列skb数量pthread_spinlock_tlock;// 模拟内核spinlock_t自旋锁};// 双向循环链表基础操作 // 初始化 sk_buff_head 双向循环链表头voidskb_queue_head_init(structsk_buff_head*q){q-next(structsk_buff*)q;q-prev(structsk_buff*)q;q-qlen0;pthread_spin_init(q-lock,PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);}// 队尾入队skb_queue_tail 内核真实API生产者往尾部追加skbvoidskb_queue_tail(structsk_buff_head*q,structsk_buff*skb){pthread_spin_lock(q-lock);// 双向循环链表插入尾部skb-prevq-prev;skb-next(structsk_buff*)q;q-prev-nextskb;q-prevskb;q-qlen;pthread_spin_unlock(q-lock);}// 队头出队skb_dequeue消费者从头部取出skbstructsk_buff*skb_dequeue(structsk_buff_head*q){pthread_spin_lock(q-lock);// 判断是否空队列循环链表头的next指向自己就是空if(q-next(structsk_buff*)q){pthread_spin_unlock(q-lock);returnNULL;}structsk_buff*skbq-next;q-nextskb-next;skb-next-prev(structsk_buff*)q;q-qlen--;pthread_spin_unlock(q-lock);returnskb;}// 释放skbvoidkfree_skb(structsk_buff*skb){if(skb)free(skb);}// 多生产者线程模拟用户态send/write #definePRODUCER_THREAD_NUM4structsk_buff_headg_tx_queue;// sk_write_queue socket发送队列void*producer_thread(void*arg){inttid*(int*)arg;for(inti0;i3;i){// 生产者分配skb填充数据插入队列尾部structsk_buff*skbmalloc(sizeof(structsk_buff));snprintf(skb-data,sizeof(skb-data),thread%d pkt-%d,tid,i);skb-lenstrlen(skb-data);skb_queue_tail(g_tx_queue,skb);printf([生产者线程%d] 入队: %s, queue qlen%u\n,tid,skb-data,g_tx_queue.qlen);}returnNULL;}// 单消费者线程模拟内核协议栈/应用read void*consumer_thread(void*arg){(void)arg;intconsume_cnt0;// 单消费者循环取包while(consume_cntPRODUCER_THREAD_NUM*3){structsk_buff*skbskb_dequeue(g_tx_queue);if(skbNULL){usleep(10000);// 队列为空短暂休眠continue;}printf([单消费者] 取出skb: %s\n,skb-data);kfree_skb(skb);consume_cnt;}printf([消费者] 全部处理完毕\n);returnNULL;}intmain(void){// 初始化 socket发送队列 sk_write_queueskb_queue_head_init(g_tx_queue);pthread_tproducers[PRODUCER_THREAD_NUM];inttids[PRODUCER_THREAD_NUM];pthread_tconsumer;// 启动多个生产者线程for(inti0;iPRODUCER_THREAD_NUM;i){tids[i]i;pthread_create(producers[i],NULL,producer_thread,tids[i]);}// 启动唯一消费者线程pthread_create(consumer,NULL,consumer_thread,NULL);// 等待全部线程结束for(inti0;iPRODUCER_THREAD_NUM;i){pthread_join(producers[i],NULL);}pthread_join(consumer,NULL);pthread_spin_destroy(g_tx_queue.lock);printf(程序结束最终队列长度 qlen%u\n,g_tx_queue.qlen);return0;}tx_ring/rx_ring/sk_write_queue/sk_read_queue 生产者消费者模型可以自行问 AI