1、1,Socket I/O,2,Introduction,討論在網(wǎng)路連接上進(jìn)行資料讀寫的系統(tǒng)呼叫 分成三部分來(lái)討論 1. 傳送資料(write, writev, sendto, sendmsg)的系統(tǒng)呼叫 2. 接收資料(read, readv, recvfrom, recvmsg)的系統(tǒng)呼叫 3. select系統(tǒng)呼叫，用來(lái)監(jiān)看descriptor,3,Code Introduction,4,Socket Buffer,sockbuf data structure,5,6,7,Socket Buffer,每一個(gè)緩衝區(qū)中，除了指向儲(chǔ)存資料的mbuf chain外，還含有控制資訊 sb_mb: 指

2、向mbuf chain中的第一個(gè)mbuf sb_cc: 紀(jì)錄包含在mbuf中的資料總位元數(shù) sb_hiwat/ sb_lowat : 拿來(lái)調(diào)節(jié)socket的流量控制演算法 sb_mbcnt: 在這一個(gè)mbuf中，總共配置了多少記憶體空間給mbuf sb_mbmax: 在每一個(gè)socket緩衝區(qū)裡面，要配置給mbuf之記憶體空間的上限值。系統(tǒng)核心的絕對(duì)極限值(sb_max: 262144 bytes),8,Socket Buffer,sb_sel: 用來(lái)實(shí)作select系統(tǒng)呼叫的selinfo資料結(jié)構(gòu) sb_timeo: 限制一個(gè)行程在進(jìn)行讀取、或是寫入之呼叫，所能被停頓的時(shí)間(ticks)。預(yù)

3、設(shè)值是0(無(wú)限期的等待),9,Socket Buffer,sb_flags:,10,write, writev, sendto, and sendmsg System Call,寫入系統(tǒng)呼叫 write, writev, sendto, and sendmsg 負(fù)責(zé)在一個(gè)網(wǎng)路連接上傳送資料 會(huì)直接或間接的呼叫sosend函式 sosend會(huì)從行程中複製資料到系統(tǒng)核心中，並將資料遞交給相關(guān)的通訊協(xié)定,11,12,writev, sendmsg可以接受來(lái)自多重緩衝區(qū)的資料 從多重緩衝區(qū)進(jìn)行寫入稱為收集(gathering) 系統(tǒng)核心會(huì)從iovec資料結(jié)構(gòu)陣列所指定的各種緩衝區(qū)當(dāng)中依序去接收資料,1

4、3,Iov_base: 指向一個(gè)長(zhǎng)度為iov_len個(gè)位元的緩衝區(qū)開(kāi)頭 如果沒(méi)有這一種型態(tài)的介面 行程得先將各緩衝區(qū)的資料複製到一個(gè)較大的緩衝區(qū) 得呼叫多次的寫入系統(tǒng)呼叫 以上兩種都較沒(méi)有效率,14,15,sendmsg支援控制資訊 控制資訊、以及一些要傳遞給sendmsg的參數(shù)，都是在一個(gè)msghdr資料結(jié)構(gòu)中被指定的,16,sendmsg System Call,sendmsg, sendit會(huì)負(fù)責(zé)準(zhǔn)備sosend函式呼叫所需要的資料結(jié)構(gòu)，sosend會(huì)把這一些訊息交給適當(dāng)?shù)耐ㄓ崊f(xié)定 SOCK_DGRAM: 一份訊息就是一個(gè)資料包 SOCK_STREAM: 一份訊息就是一連串的位元組 co

5、py iov array sendit and cleanup,17,sendit Function Call,被sendto, sendmsg這二個(gè)system call呼叫 sendit會(huì)去初始化一個(gè)uio資料結(jié)構(gòu) 將control, address 資訊從行程中複製到系統(tǒng)核心 Initial auio 會(huì)去呼叫g(shù)etsock函式，取得descriptors 相關(guān)的file資料結(jié)構(gòu) 初始化uio資料結(jié)構(gòu)，把行程所指定的輸出緩衝區(qū)收集到系統(tǒng)核心當(dāng)中的mbufs 把各個(gè)緩衝區(qū)的長(zhǎng)度大小加總，並且存在uio_resid Copy address and control information f

6、rom the process Send data and cleanup,18,sosend Function Call,5個(gè)寫入系統(tǒng)呼叫，最後會(huì)呼叫sosend sosend要將資料、控制資訊，根據(jù)通訊協(xié)定以及socket指定的緩衝區(qū)限制值，遞交給與這一個(gè)socket相關(guān)的通訊協(xié)定的pr_usrreq函式 sosend不會(huì)將資料放到緩衝區(qū)，通訊協(xié)定要自行儲(chǔ)存、移除這一些資料 sosend會(huì)根據(jù)相關(guān)的通訊協(xié)定是否有實(shí)作可信賴或是不可信賴的資料傳輸語(yǔ)意，來(lái)定義緩衝區(qū)的sb_hiwat以及sb_lowat,19,sosend Function Call,可靠通訊協(xié)定緩衝區(qū)處理 緩衝區(qū)中儲(chǔ)存了還沒(méi)

7、有被送出去的資料、以及已經(jīng)傳送出去但是還沒(méi)被ACK的資料 sb_cc: 緩衝區(qū)中所儲(chǔ)存的資料位元數(shù)目0 = sb_cc = sb_hiwat 如果有任何資料要透過(guò)pr_usrreq傳遞給通訊協(xié)定，sosend會(huì)確保緩衝區(qū)中有足夠的空間，通訊協(xié)定層會(huì)把資料添加到傳送緩衝區(qū),20,sosend會(huì)根據(jù)以下兩種方式當(dāng)中一種，把資料傳輸給通訊協(xié)定 PR_ATOMIC被設(shè)定: sosend必須在行程和通訊協(xié)定之間保留訊息的邊界。sosend會(huì)去等待足夠的空間來(lái)儲(chǔ)存整個(gè)訊息，當(dāng)有足夠空間可使用，一條包含整個(gè)訊息的mbuf chain就會(huì)建造出來(lái)，並透過(guò)pr_usereq在單一次呼叫中遞交給通訊協(xié)定，RDP便

8、是這一類的通訊協(xié)定。 PR_ATOMIC沒(méi)被設(shè)定: sosend就會(huì)把訊息一次遞交一個(gè)mbuf給通訊協(xié)定，也有可能遞交部分的mbuf，避免超出高水位標(biāo)，TCP這一類的SOCK_STREAM通訊協(xié)定所使用。,21,sosend Function Call,不可靠通訊協(xié)定緩衝區(qū)處理 沒(méi)有任何資料會(huì)儲(chǔ)存在傳送緩衝區(qū)，也不會(huì)預(yù)期去收任何的ACK 每一份訊息，都是直接被遞交給通訊協(xié)定，放到適合的網(wǎng)路裝置佇列等候傳送 sb_cc永遠(yuǎn)為0，sb_hiwat則是指出每一次最大寫入的長(zhǎng)度大小也間接指出資料包的最大長(zhǎng)度 UDP來(lái)說(shuō)，sb_hiwat的預(yù)設(shè)值是9216，除非用SO_SNDBUF這一個(gè)socket選項(xiàng)

9、去修改,22,sosend Function Call,流程 初始化 錯(cuò)誤與資源的檢查 資料傳輸 通訊協(xié)定分發(fā),23,sosend Function Call,uiomove Function int uiomove(cassr_t cp, int n, struct uio *uio) uiomove會(huì)在cp所參考到的單一一個(gè)緩衝區(qū)，與uio裡頭iovec陣列所指定的多重緩衝區(qū)之間，搬移n個(gè)位元,24,sosend Function Call,25,sosend Function Call,26,sosend Function Call,發(fā)出pr_usrreq (PRU_SEND) tcp_

10、usrreq() 將要送的資料添加到so_snd緩衝區(qū)中 呼叫tcp_output,27,28,29,read, readv, recvfrom, and recvmsg System Call,讀取系統(tǒng)呼叫 read, readv, recvfrom, and recvmsg 負(fù)責(zé)在一個(gè)網(wǎng)路連接上接收資料 會(huì)直接或間接的呼叫soreceive函式,30,31,read, readv可以和任何型態(tài)的descriptor搭配使用，其他的便只能搭配socket descriptor使用 像寫入系統(tǒng)呼叫一樣，多重的緩衝區(qū)是由一個(gè)iovec資料結(jié)構(gòu)的矩陣來(lái)指定的,32,和寫入系統(tǒng)呼叫一樣，讀取系統(tǒng)呼叫

11、都會(huì)去使用一個(gè)共通的函式呼叫(soreceive)來(lái)進(jìn)行所有的工作,33,recvmsg System Call,recvmsg是最一般化的讀取系統(tǒng)呼叫 copy iov array 會(huì)將msghdr資料結(jié)構(gòu)複製到系統(tǒng)核心，如果自動(dòng)配置的aiov太小的話將配置一個(gè)較大的iovec矩陣，並且從行程裡複製矩陣的紀(jì)錄項(xiàng)到iov所指向的系統(tǒng)核心的矩陣當(dāng)中 recvit and cleanup recvit接收到資料之後，msghdr資料結(jié)構(gòu)會(huì)連同更新的緩衝區(qū)長(zhǎng)度以及旗標(biāo)被複製回行程中,34,recvit Function Call,被recv, recvfrom, recvmsg所呼叫 依據(jù)recvx

12、xx系統(tǒng)呼叫所準(zhǔn)備的msghdr資料結(jié)構(gòu)，去準(zhǔn)備uio給sorecvive去進(jìn)行處理,35,recvit Function Call,執(zhí)行過(guò)程 利用getsock函式呼叫回傳descriptor s的File資料結(jié)構(gòu) 初始化一個(gè)uio來(lái)描述一個(gè)從系統(tǒng)核心到行程的讀取傳送 呼叫soreceive 實(shí)作了從socket緩衝區(qū)接收資料 傳送的位元組總數(shù)會(huì)被儲(chǔ)存在*retsize中，並回傳給行程 複製位址以及資訊到行程裡 如果行程為位址或是控制資訊提供了緩衝區(qū)，那麼這一些緩衝區(qū)就會(huì)被填寫，長(zhǎng)度也會(huì)依據(jù)soreceive的傳回值加以調(diào)整 清除,36,soreceive Function Call,從so

13、cket的接收緩衝區(qū)傳送資料到行程所指定的緩衝區(qū)當(dāng)中 遞交給系統(tǒng)核心的flag值 MSG_DONTWAIT: 再這一次系統(tǒng)呼叫中，不要等待資源 MSG_OOB: 接收頻外資料，而非一般資料 MSG_PEEK: 接收資料的副本，並且不去消耗資料本身 MSG_WAITALL: 在返回之前，先等待資料填入緩衝區(qū),37,soreceive Function Call,系統(tǒng)核心傳回的flag值 MSG_CTRUNC: 所收到的控制訊息長(zhǎng)度，筆所提供的緩衝區(qū)長(zhǎng)度還大 MSG_EOR: 所接收到的資料標(biāo)記了一筆邏輯紀(jì)錄的尾端 MSG_OOB: 在緩衝區(qū)當(dāng)中，包含了頻外資料 MSG_TRUNC: 所收到的訊息

14、長(zhǎng)度，比提供的緩衝區(qū)長(zhǎng)度還要大,38,soreceive Function Call,頻外資料(Out-of-Band),39,soreceive Function Call,接收緩衝區(qū)的組織架構(gòu)：訊息邊界,40,soreceive Function Call,接收緩衝區(qū)的組織架構(gòu)：沒(méi)有訊息邊界,41,soreceive Function Call,發(fā)出pr_usrreq (PRU_RECV) tcp_usrreq() 行程從緩衝區(qū)將資料讀走 呼叫tcp_output 判斷是否需要把窗口大小更新資訊傳送出去,42,select System Call,socket事件,43,select Sy

15、stem Call,selscan Function Call 找出要監(jiān)看的descriptor 登記descriptor descriptor已經(jīng)準(zhǔn)備好了 當(dāng)一個(gè)descriptor已經(jīng)準(zhǔn)備好，相對(duì)應(yīng)的位元就會(huì)在輸出descriptor集合中設(shè)立 當(dāng)所有descriptor都登記了之後，會(huì)放在*retval回傳,44,select System Call,soo_select Function Call 每一次soo_select被呼叫只會(huì)檢查一個(gè)descriptor的狀態(tài) 如果相關(guān)聯(lián)的descriptor準(zhǔn)備好之後，便會(huì)回傳1，若還沒(méi)有準(zhǔn)備好，則selrecord便會(huì)去標(biāo)記這一個(gè)socke

16、t的接收或是傳送緩衝區(qū)，表示行程正在使用這一個(gè)緩衝區(qū)，再回傳0 檢查socket可否讀取 檢查socket可否寫入 檢查是否有例外的情形懸宕未決,45,select System Call,selrecord Function Call selinfo資料結(jié)構(gòu) struct selinfo pid_t si_pid; shout si_flags; 這一個(gè)資料結(jié)構(gòu)會(huì)和每一個(gè)接收以及傳送緩衝區(qū)儲(chǔ)存在一起(sb_sel) 當(dāng)socket緩衝區(qū)只有被一個(gè)行程select呼叫所指定時(shí)，si_pid就是在等待的行程ID 當(dāng)有額外的行程在同一個(gè)緩衝區(qū)上面執(zhí)行select系統(tǒng)呼叫，SI_COLL=就會(huì)在si

17、_flags中設(shè)立，稱之為collision,46,select System Call,當(dāng)soo_select呼叫發(fā)現(xiàn)還沒(méi)準(zhǔn)備好descriptor時(shí)，selrecord便會(huì)被呼叫，會(huì)紀(jì)錄下足夠的資訊，使這一個(gè)緩衝區(qū)改變時(shí)，這一個(gè)行程可以被通訊協(xié)定處理層喚醒,47,select System Call,selwakeup Function Call 當(dāng)通訊協(xié)定處理改變了socket緩衝區(qū)的狀態(tài)，且只有一個(gè)行程選擇了這一個(gè)緩衝區(qū)，系統(tǒng)可以根據(jù)selinfo中找到的資訊，將行程放到執(zhí)行佇列中 當(dāng)狀態(tài)改變且有超過(guò)一個(gè)行程選擇了這一個(gè)緩衝區(qū)時(shí)(SI_COLL設(shè)立)，系統(tǒng)沒(méi)有辦法判斷到底哪一些行程會(huì)對(duì)這一次緩衝區(qū)的改變有興趣 相對(duì)應(yīng)的wakeup函式將會(huì)去喚醒所有被系統(tǒng)停頓的行程，即使對(duì)緩衝區(qū)活動(dòng)沒(méi)有興趣的行程也一樣,48,49,select System Call,驗(yàn)證以及準(zhǔn)備 nd: 不可以大於這一個(gè)行程相關(guān)聯(lián)的描述子最大數(shù)目 ni: 用來(lái)儲(chǔ)存一個(gè)nd位元長(zhǎng)的位元遮罩所需要的位元數(shù)目 從行程複製檔案描述子集合 從行程傳輸檔案描述子集合,50,select System Call,設(shè)定時(shí)限值 如果tv是一個(gè)空指標(biāo)，timo會(huì)被設(shè)成0，select會(huì)無(wú)限期的等待。如果tv不是空指標(biāo)，時(shí)限值就會(huì)被複製到系統(tǒng)核心中 掃描檔案描述