【C语言】linux内核packet

【C语言】linux内核packet_setsockopt

一、中文注释

// 发送数据包函数。它尝试通过特定的网络设备队列直接传输一个skb（socket缓冲区）。
static int packet_direct_xmit(struct sk_buff *skb)
{
    return dev_direct_xmit(skb, packet_pick_tx_queue(skb)); // 调用dev_direct_xmit函数，并传入skb和通过packet_pick_tx_queue选择的发送队列。
}

// 设置socket选项的函数。这个函数负责处理网络层的各种选项设置。
static int
packet_setsockopt(struct socket *sock, int level, int optname, char __user *optval, unsigned int optlen)
{
    struct sock *sk = sock->sk; // 从socket结构中获取sock结构。
    struct packet_sock *po = pkt_sk(sk); // 将sock结构转换为packet_sock结构体。
    int ret;

    if (level != SOL_PACKET)
        return -ENOPROTOOPT; // 如果层级不是SOL_PACKET，返回错误。

    // 根据选项名称执行相应的操作。
    switch (optname) {
    case PACKET_ADD_MEMBERSHIP:
    case PACKET_DROP_MEMBERSHIP:
    {
        struct packet_mreq_max mreq; // 定义多播请求结构。
        int len = optlen; // 获取选项长度。
        memset(&mreq, 0, sizeof(mreq)); // 初始化多播请求结构。
        if (len < sizeof(struct packet_mreq))
            return -EINVAL; // 如果传入的长度小于packet_mreq结构大小，返回无效参数错误。
        if (len > sizeof(mreq))
            len = sizeof(mreq); // 如果传入的长度大于packet_mreq_max结构大小，调整为packet_mreq_max结构大小。
        if (copy_from_user(&mreq, optval, len))
            return -EFAULT; // 从用户空间拷贝数据失败，则返回错误。
        if (len < (mreq.mr_alen + offsetof(struct packet_mreq, mr_address)))
            return -EINVAL; // 如果长度小于mreq结构中mr_address成员起始位置加上地址长度，则返回无效参数错误。
        if (optname == PACKET_ADD_MEMBERSHIP)
            ret = packet_mc_add(sk, &mreq); // 添加多播组成员。
        else
            ret = packet_mc_drop(sk, &mreq); // 删除多播组成员。
        return ret; // 返回操作结果。
    }

    case PACKET_RX_RING:
    case PACKET_TX_RING:
    {
        union tpacket_req_u req_u;
        int len;

        lock_sock(sk); // 锁定sock结构。
        switch (po->tp_version) {
        case TPACKET_V1:
        case TPACKET_V2:
            len = sizeof(req_u.req); // 设置请求结构大小。
            break;
        case TPACKET_V3:
        default:
            len = sizeof(req_u.req3); // 设置请求结构大小。
            break;
        }
        if (optlen < len) {
            ret = -EINVAL; // 如果传入长度小于请求结构大小，返回无效参数错误。
        } else {
            if (copy_from_user(&req_u.req, optval, len))
                ret = -EFAULT; // 从用户空间拷贝数据失败，则返回错误。
            else
                ret = packet_set_ring(sk, &req_u, 0, 
                            optname == PACKET_TX_RING); // 设置环形缓冲区。
        }
        release_sock(sk); // 释放sock结构锁。
        return ret; // 返回操作结果。
    }

// 设置数据包复制阈值，当skb长度小于此值时复制数据。
case PACKET_COPY_THRESH:
{
    int val;

    if (optlen != sizeof(val))
        return -EINVAL; // 如果选项长度不合法，返回错误。
    if (copy_from_user(&val, optval, sizeof(val)))
        return -EFAULT; // 如果用户空间数据拷贝失败，返回错误。

    pkt_sk(sk)->copy_thresh = val; // 设置数据包复制阈值。
    return 0;
}
// ...
// 设置packet socket的版本号。
case PACKET_VERSION:
{
    int val;

    if (optlen != sizeof(val))
        return -EINVAL; // 如果选项长度不合法，返回错误。
    if (copy_from_user(&val, optval, sizeof(val)))
        return -EFAULT; // 如果用户空间数据拷贝失败，返回错误。
    switch (val) {
    case TPACKET_V1:
    case TPACKET_V2:
    case TPACKET_V3:
        break; // 如果为有效版本，继续执行。
    default:
        return -EINVAL; // 如果为无效版本，返回错误。
    }
    lock_sock(sk); // 锁定sock结构。
    if (po->rx_ring.pg_vec || po->tx_ring.pg_vec) {
        ret = -EBUSY; // 如果已经设置了环形缓冲区，则返回忙。
    } else {
        po->tp_version = val; // 设置协议版本。
        ret = 0;
    }
    release_sock(sk); // 释放sock结构锁。
    return ret; // 返回操作结果。
}
// ...
// 设置packet socket是否绕过队列规则处理。
case PACKET_QDISC_BYPASS:
{
    int val;

    if (optlen != sizeof(val))
        return -EINVAL; // 如果选项长度不合法，返回错误。
    if (copy_from_user(&val, optval, sizeof(val)))
        return -EFAULT; // 如果用户空间数据拷贝失败，返回错误。

    po->xmit = val ? packet_direct_xmit : dev_queue_xmit; // 根据val的值选择是直接传输还是进入队列规则处理。
    return 0;
}
// ...
// 默认case，如果没有匹配到任何选项，代表不支持该协议选项。
default:
    return -ENOPROTOOPT; // 返回不支持的协议选项错误。
// 所有case分支的目的都是处理socket层的不同选项设置，如添加/删除多播组，设置缓冲区大小和环形配置，调整性能选项等。
// 每个case分支以处理特定选项名(optname)为基础，对socket结构的特定成员进行赋值或执行相关操作函数。
    }
}

这段代码是Linux内核网络栈中的一部分，提供对原始套接字层的操作。`packet_direct_xmit` 函数用于直接通过指定的网络队列发送数据包。`packet_setsockopt` 函数是一个针对`SOL_PACKET`套接字层级的设置选项的函数，可以添加或删除多播组成员，设置缓冲区环区域，修改某些性能参数等。这些操作通常是由网络程序进行socket编程时所使用。

每个 case 分支处理一个特定的套接字选项，例如 PACKET_RX_RING 或 PACKET_TX_RING 用于分配或释放环形缓冲区，而 PACKET_COPY_THRESH 用于设置包拷贝阈值等。每个分支内部通常会首先验证用户提供的参数长度是否合法，然后从用户空间拷贝数据到内核空间，接着进行相应的设置修改，某些情况下还需要在操作前后获取和释放锁，以保护数据结构的一致性。如果选项设置成功，通常会返回 0，否则返回错误码。

二、中文讲解

第一个函数 packet_direct_xmit：

static int packet_direct_xmit(struct sk_buff *skb)
{
    return dev_direct_xmit(skb, packet_pick_tx_queue(skb));
}

packet_direct_xmit 函数是一个非常简单的函数，它接收一个 sk_buff 结构体指针 skb（代表网络数据包），调用 dev_direct_xmit 函数直接将这个数据包发送出去。发送的队列是由 packet_pick_tx_queue(skb) 函数返回的。通常这个函数被用作数据包的直接传输，规避了一些队列管理机制。

第二个函数 packet_setsockopt：

static int packet_setsockopt(struct socket *sock, int level, int optname, char __user *optval, unsigned int optlen)
{
    // ...
}

packet_setsockopt 函数用于设置给定套接字 sock 的某些选项。函数参数 level 表示选项的级别，这里必须是 SOL_PACKET，否则返回 -ENOPROTOOPT 错误。`optname` 指定了要设置的选项的名称，`optval` 是指向包含选项值的用户空间缓冲区的指针，而 optlen 表示缓冲区的长度。
函数体内是一个 switch 语句，根据 optname 的不同，执行不同的操作：
1. PACKET_ADD_MEMBERSHIP 和 PACKET_DROP_MEMBERSHIP：用于管理数据包多播成员资格。
2. PACKET_RX_RING 和 PACKET_TX_RING：设置接收和发送环形缓冲区，这些操作涉及到性能优化，以高效处理网络数据包。
3. PACKET_COPY_THRESH：设置数据包复制阈值。
4. PACKET_VERSION：指定环形缓冲区版本（TPACKET_V1, TPACKET_V2, 或 TPACKET_V3）。
5. PACKET_RESERVE：为环形缓冲区中每个帧预留空间。
6. PACKET_LOSS：设置丢包选项，以模拟网络丢包情况。
7. PACKET_AUXDATA：启用或禁用附加数据。
8. PACKET_ORIGDEV：路由过程中获取原始设备信息的选项。
9. PACKET_VNET_HDR：用于虚拟网络设备头部的选项。
10. PACKET_TIMESTAMP：设置数据包的时间戳类型。
11. PACKET_FANOUT 和 PACKET_FANOUT_DATA：用于将数据包分发到多个程序。
12. PACKET_TX_HAS_OFF：设置是否启用硬件校验和。
13. PACKET_QDISC_BYPASS：设置是否绕过队列规则直接发送数据包。
对于每种情况，在设置选项前都有一些校验逻辑来保证输入参数的有效性。如果输入参数无效，函数会返回相应的错误代码（例如 -EINVAL 表示无效参数）。各种选项设置可能涉及到从用户空间复制数据到内核空间（使用 copy_from_user），也可能对套接字状态加锁来确保线程安全。成功执行操作后，函数通常返回 0 表示成功。