【C语言】linux内核generic_xdp

【C语言】linux内核generic_xdp_tx

一、中文注释

/* 在执行通用XDP时，我们必须绕过qdisc层和网络挖掘点，
 * 以匹配驱动内XDP的行为。
 */
void generic_xdp_tx(struct sk_buff *skb, struct bpf_prog *xdp_prog)
{
    struct net_device *dev = skb->dev; // 获取skb对应的网络设备
    struct netdev_queue *txq; // 声明网络设备发送队列
    bool free_skb = true; // 初始化一个标志位，用于标记是否需要释放skb
    int cpu, rc; // 声明CPU核心号和返回码变量

    txq = netdev_pick_tx(dev, skb, NULL); // 选择用于发送的队列
    cpu = smp_processor_id(); // 获取当前CPU核心的ID
    HARD_TX_LOCK(dev, txq, cpu); // 对选定的发送队列加锁
    if (!netif_xmit_stopped(txq)) { // 检查发送队列是否被停止
        rc = netdev_start_xmit(skb, dev, txq, 0); // 开始发送数据包
        if (dev_xmit_complete(rc)) // 如果发送完成，则不释放skb
            free_skb = false;
    }
    HARD_TX_UNLOCK(dev, txq); // 解锁发送队列
    if (free_skb) { // 如果标志位为true，则释放skb
        trace_xdp_exception(dev, xdp_prog, XDP_TX); // 记录XDP传输异常
        kfree_skb(skb); // 释放skb
    }
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(generic_xdp_tx); // 导出该符号，GPL协议的模块可以使用这个函数

这个函数`generic_xdp_tx`用于通用XDP处理的数据包发送。代码里包含了一系列网络层的操作和逻辑判断。它在锁定CPU和筛选适当的网络发送队列之后，尝试发送数据包，如果发送成功，则记录结果，否则将数据包内存释放。

二、XDP

在 Linux 内核 4.9 版本中，XDP 指的是 eXpress Data Path。XDP 是一种高性能、可编程的网络数据路径，它允许用户态程序直接处理在网络设备驱动程序层收到的包，提供了一种脱离内核网络栈处理数据包的方法。通过XDP，可以在内核中运行的 eBPF (extended Berkeley Packet Filter) 程序，以决定包应该被丢弃、传递到常规的内核网络栈，还是直接转发到另一个接口。
XDP可以用于多种场景，比如DDoS攻击防御、高速包路由、负载均衡等，它通过允许包在被内核完全处理之前就被处理，来显著减少数据包处理的延迟和CPU占用。这使得XDP尤其适合那些需要非常低延迟和高吞吐量的场合。
在函数`generic_xdp_tx`中，XDP是用来处理网络数据包，并且在某些情况下，该函数在发送数据包前会绕过正常的内核网络队列调度（qdisc layer）和监视点（network taps）。这通常是当在驱动内部使用XDP时要实现的行为。而在这个函数中，我们可以看到涉及到skb（Socket Buffer）的发送逻辑，以及可能的异常记录和资源清理。这是在软件层面实现了类似硬件加速XDP的行为，因此被称为"通用XDP"（generic XDP）。

三、中文讲解

这段代码是 Linux 内核网络子系统的一部分，它实现了通用 XDP (eXpress Data Path) 传输的功能。在不支持驱动程序级别 XDP 的网络设备上，当你需要处理 XDP 程序的发送行为时，可以使用这个函数。下面是对这段代码的详细解释：
1. 函数签名 void generic_xdp_tx(struct sk_buff *skb, struct bpf_prog *xdp_prog)：这个函数接收两个参数：`skb`（Socket Buffer，网络数据包的内核表示）和 xdp_prog（与 XDP 程序相关联的 BPF 程序）。
2. struct net_device *dev = skb->dev;：从 skb 中提取关联的网络设备，这个设备表示数据包将要发送的目的地网络接口。
3. struct netdev_queue *txq;：定义一个指向 netdev_queue 的指针，表示网络设备的发送队列。
4. bool free_skb = true;：定义一个布尔变量用来标记是否应该释放 skb，初始设置为 true，表示默认情况下（如果发送失败）需要释放 skb。
5. txq = netdev_pick_tx(dev, skb, NULL);：选择一个合适的发送队列来处理 skb。如果无法选择队列，可能会返回 NULL。
6. cpu = smp_processor_id();：获取当前 CPU 的 ID，用于确定发送数据包的 CPU。
7. HARD_TX_LOCK(dev, txq, cpu);：获取发送路径上的锁定，确保数据包发送的临界区保护。
8. if (!netif_xmit_stopped(txq)) {：检查是否队列已经停止发送。如果没有停止，就尝试发送数据包。
9. rc = netdev_start_xmit(skb, dev, txq, 0);：调用 netdev_start_xmit 函数发送数据包。
10. if (dev_xmit_complete(rc))：判断发送函数返回的结果是否表示发送完毕。如果 dev_xmit_complete(rc) 返回 true，则代表数据包已经成功发送，并且不需要释放 skb。
11. HARD_TX_UNLOCK(dev, txq);：释放之前获得的锁。
12. if (free_skb) {：如果之前没有发送成功，或者发送函数指示我们需要自行释放 skb。
13. trace_xdp_exception(dev, xdp_prog, XDP_TX);：如果有需要，记录 XDP 异常事件（这个调用可能与监控和调试相关）。
14. kfree_skb(skb);：释放 skb 资源，避免内存泄漏。
15. EXPORT_SYMBOL_GPL(generic_xdp_tx);：导出 generic_xdp_tx 函数，使其可以被模块使用，同时指明该函数受 GPL 许可证保护。
需要注意的是，这段代码需要在 Linux 内核的上下文中执行，并且需要相应的内核编程知识和经验。内核版本不同，细节上可能会有所差异。