网络分层模型和对应实现

TCP/IP 网络分层模型
物理层、链路层、网络层、传输层、应用层

物理层对应网卡网线
应用层对应常见的Nginx，HTTP、FTP等等各种应用
linux 实现链路层、网络层和传输层

链路层协议靠网卡驱动实现，内核协议栈实现网络层和传输层
内核对更上层的应用曾提供socket接口供用户进程访问

硬中断和软中断

内核和网络设备驱动是通过中断的方式来处理的

当设备有数据到达，会给CPU对应引脚上触发一个电压变化，通知CPU处理数据，这就是硬中断

对网络模块来说，处理流程较复杂以及耗时，如果在中断函数中处理所有事情，会过度占据CPU，导致CPU无法响应其他设备，例如键鼠

因此linux 中断处理函数分为上下两个部分，上半部分只进行最简单的部分，快速处理然后释放CPU，接着CPU就可以允许其他中断进来

剩下的绝大部分工作可以在下半部分进行，从容处理

2.4以后的内核版本下半部分的实现方式是软中断，由ksoftirqd 内核线程全权处理，通过给内存的一个变量的二进制值来通知软中断处理程序，这就是软中断

内核收包路径

1. 数据帧从外部网络到达网卡
2. 网卡把桢DMA到内存
3. 硬中断通知CPU
4. CPU响应硬中断，简单处理后发出软中断
5. ksoftirqd 进程处理软中断，调用网卡驱动注册的poll函数开始收包
6. 帧被从Ring buffer 上摘下来保存为一个skb
7. 协议层开始处理网络帧，处理完后的数据data被放到socket的接收队列中

当网卡收到数据后，linux第一个工作模块是网络驱动，网络驱动会以DMA的方式把网卡上收到的帧写到内存里，再向CPU发起一个中断，通知CPU有数据到达

当CPU收到中断请求后，会调用网络驱动注册的中断处理函数，网卡的终端处理函数并不会做过多工作，发起软中断请求，释放CPU

ksoftirqd 检测到软中断请求到达，调用poll开始轮询收包，收到后交由各级协议栈处理，放入到socket 的接收队列中

硬中断在哪个CPU上被响应，那么软中断也是在这个CPU上处理的，所以说，如果你发现你的linux软中断CPU消耗都集中在一个核上的话，做法就是调整硬中断的CPU亲和性，将硬中断打散到不同CPU核上去

总结

开始收包前，linux做了很多准备工作

1. 创建ksoftirqd 线程，设置好它自己的线程函数，用来处理后续的软中断
2. 协议栈注册，linux要实现很多协议，例如：ip\udp\tcp 每一个协议会将自己的处理函数注册一些，方便包来了迅速找到对应的处理函数
3. 网卡驱动初始化，每个驱动都有一个初始化函数，内核会让驱动也初始化一下，准备好DMA,把NAPI的poll函数地址告诉内核
4. 启动网卡，分配RX，TX队列，注册中断对应的处理函数

上述准备好后，打开硬中断，等待数据包到来

数据到了以后，第一个迎接它的是网卡

1. 网卡将数据帧DMA到内存的RingBuffer中，然后向CPU发起终端通知

2. CPU响应中断请求，调用网卡启动时注册的终端处理函数

3. 中断处理函数几乎没干啥，就发起了软中断请求

4. 内核线程ksoftirqb 线程发现有软中断请i去到来，先关闭硬中断

5. ksoftirqd 线程开始调用驱动的poll函数收包

6. poll函数将收到的包送到协议栈注册的ip_rev函数中

7. ip_rev函数再将包送到udp_rcv 函数中（对于tcp包就送到tcp_rcv）

   
   

   完