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【趣话编程】中断还是轮询?取个数据包真麻烦!

简介: 网卡收到数据包之后,发生了什么?

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网络部新员工

我叫Robert,是Linux帝国一个普通的公民。
今天是我第一天上班的日子,我下了好大功夫才考上了帝国的公务员,根据我的成绩,我被分到了帝国网络部。
一进入帝国的办公园区,我就被眼前的景象惊呆了,一座座高楼大厦,富丽堂皇,鳞次栉比,我忍不住驻足多看了几眼。
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这些大楼上面都有招牌,最高的那一座是帝国的进程&线程管理部门的办公大厦,旁边还有内存管理部门、文件管理等部门办公大厦。

网卡驱动部门

我只顾东张西望,不小心跟旁边小路跑出来的一位小哥撞了一个满怀,他手里抱的一堆数据散落的满地都是。
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我一边道歉,一边帮他捡起数据。
“这位小哥行色匆匆,不知要去哪里啊”,我好奇的问到。
“哦,你好,我是网卡驱动部门的,这是从网卡那里刚刚拿到的数据包,我得赶紧交给协议栈处理”,说完整理了下数据,就匆忙离开了。
寻着他出来的地方看去,不远处就是他说的网卡驱动部门,难道我办公的地方就在这里?我沿着这条小路走了过去。
一进入网卡驱动部门,出现在眼前的就是一副热火朝天的景象,收包的,解包的,发包的,一群人忙的不亦乐乎。
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“这么早就这么忙碌了啊”,我问门口的保安大叔。
“是啊,这平时这个点也没什么网络访问,不知道今天怎么回事,一大早的数据就传输个不停”,保安说到。
我指着里面一个员工问保安:“大叔,那人在干嘛呢?一直在转来转去的”
“你说他啊,他在从网卡轮询读取数据包呢!”
轮询?网络数据包不是网卡发中断通知吗,干嘛要去轮询呢?”,我不解的问到。
“以前是这样的,不过后来CPU那边有个叫阿Q的家伙不干了,说网卡数据太频繁,老是打断他们正常的工作。不仅如此,中断响应的时候还得把中断给关了,避免出现错误,时间久了,键盘、鼠标等单位就得不到响应纷纷闹事了”,保安说完点了一支香烟。
我若有所思的点了点头,“那现在就改成轮询了?不过这样好浪费时间哦”
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保安吐了一个烟圈,继续说到:“倒也不是全都是轮询,现在把处理过程分成了两段,最开始的第一部分还是靠中断来通知的,这个时候需要关一下中断,不过通知后不会真正处理数据包,而是开启了一个软中断,所以关不了太久时间。第二部分在软中断中去轮询处理的,这个时候就不用关中断了。把硬中断和轮询结合了一下,就不用每个数据包来都中断一次了,也不用关中断太长时间,还给这技术取了个名字叫NAPI
“保安大叔,你怎么什么都知道啊?”
“我以前就在里面工作啊,现在年纪稍微大了些,比不上年轻人,就让我来当保安了,唉~”,大叔说完又猛抽了一口香烟,整理了下自己日益稀疏的头发。
“唉,对了,你是谁啊,怎么没见过你?”
“我是帝国网络部新来的员工,今天来报道的。我把手中的录取通知书递给了保安”
保安大叔看了看说到:“你走错了,不是这里,你该去网络协议栈大厦”。

协议栈大厦

离开网卡驱动部门,我继续前行终于找到了网络协议栈大厦,这便是我今后工作的地方了。
走近一看,这座网络大厦并不如前面看到的高大,只有三层高,每一层的墙上都挂着一个巨大的招牌,上面写着这一层的名字,从上向下分别是:

  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层

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大厦的门口还有一个收发室,门牌上写着netif_receive_skb,收发室坐着一位大爷。
正在这时,先前碰到的小哥又来了,将手里的数据放到了收发室就离开了,看来这里就是网络协议栈的入口了。
大爷拆开这个数据包看了看,随即按了下按钮,数据包就顺着管道传到了背后协议栈大厦一楼的一个办公室,我抬头一看,上面写着IPv4。再向旁边看去,还有好几间办公室,分别写了IPv6、ICMP、IGMP、ARP···
我来到这个IPv4的门口,里面也是忙的不亦乐乎,有分片的、组包的、计算校验和的、有条不紊。
办公室正中央有一个圆柱形的管道,通向了二楼,一楼处理完毕就通过这管道把数据包送了上去。
墙上还有另一个管道,上面写着netfilter hook,不知道是通向了哪里。
“你找谁?”,我正看得入神,里面一个负责人发现了我,我赶紧表明来意。
他看过我手中的录取通知书后说到,“你是在传输层啊,出门右拐上二楼就是了。我们这一楼都是网络层协议的办公室。”
我又看了下手里的录用通知书,这才发现被分配在了传输层工作。

传输层工作

来到二楼,总算见到了我的主管。
“Robert,欢迎加入网络部,工作岗位在传输层的TCP小组,大家欢迎!”
“谢谢主管!谢谢大家!”
“这是Cerf,你刚来,就让他先带带你,有什么不懂的就向他请教吧。”
我点头感谢,和一旁这个叫Cerf的握了握手。
接下来,主管向我介绍了咱们传输层的几个小组的情况:TCP、UDP、SCTP、UDP-lite······我这才知道,原来传输层不是只有TCP和UDP。
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Cerf带我来到了工位,不愧是国有单位,无比宽敞,桌上还有一堆奇怪的设备。
“这是一堆什么东西啊”,我问Cerf。
“这些都是定时器,后面你工作处理TCP连接会用到的”
我点了点头,环顾四周,工位旁边的墙壁上还贴满了什么东西,我凑近了一看,才发现满满的都是RFC几千条的规定。
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“好好看,以后的工作可是要天天用到这些东西呢”,Cerf略开玩笑的说着。
“这些我基本都背的下来了,要不然我也考不到这里来”,我笑着说,略带一些得意。
Cerf也笑了笑,“别大意,之前也有人也说过这话,后来还不是走了”
我有些尴尬,不知道说些什么,这时办公室中央的管道里冒出了一个数据包。
“Robert,你刚来,这个新的连接数据包就交给你来处理下,熟悉下工作流程”,主管说到。
我刚刚放松的心情一下紧张了起来,毕竟以前都是纸上谈兵,还从没有真正处理过数据包呢。
我小心翼翼的接过这个数据包,定位到TCP的头部,瞧了一眼标志位,发现SYN位是1,看来是有新的连接到来了,接下来不就是三次握手吗,我再熟悉不过了。
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我准备了一个响应包,将SYN标记和ACK标记都点亮后,接下来就犯了难了。这个确认号ACK我倒是知道是对方的序列号+1,不过我回复的序列号该是多少呢?一时之间,不知道如何是好。
你们知道吗?在线等,挺急的。**

彩蛋

CPU一号车间的阿Q又闹脾气了。
“我们花了大量时间把网卡数据搬运到内存,重复又没有技术含量,我受够了!”
预知后事如何,请关注后续精彩······

作者 | 轩辕之风O
来源 | 编程技术宇宙

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