【Linux 内核网络协议栈源码剖析】recvfrom 函数剖析

继前篇介绍完sendto 数据发送函数 后，这里介绍数据接收函数 recvfrom。

一、应用层——recvfrom 函数

对于这个函数有必要分析一下，先看看这个dup例子。服务器端中调用recvfrom函数，并未指定发送端（客户端）的地址，换句话说这个函数是一个被动函数，有点类似于tcp协议中服务器listen 之后阻塞，等待客户端connect。这里则是服务器端recvfrom后，等待客户端sendto，服务器端recvfrom接收到客户端的数据包，也顺便知道了发送端的地址，于是将其填充到recvfrom的最后两个参数中，这样服务器端就获得了客户端的地址，然后服务器端就可sendto数据给客户端。（TCP同理）

想想也是，服务器怎么可能实现知道全球这么多客户的地址呢？但服务器采用的是大家广为人知的地址，比如你访问谷歌搜索，你知道谷歌的网址，但谷歌事先肯定不知道它众多访问者的地址，所以是客户端先主动访问，发送数据之后，谷歌才知道该客户端的地址，然后返回访问信息。

#include 
ssize_t recvfrom(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags,const struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);
//若成功返回读到的字节数，否则返回-1
/*参数解析。这里sockfd是接收，from那边是发送
前面三个参数分别表示：套接字描述符，指向写出缓冲区的指针和写字节数。
与sendto不同是后面的参数，recvfrom的最后两个参数类似于accept的最后两个参数，返回时其中套接字地址结构的内容告诉我们是谁发送了数据报
*/

/**	Receive a frame from the socket and optionally record the address of the *	sender. We verify the buffers are writable and if needed move the*	sender address from kernel to user space.*/
//从指定的远端地址接收数据，主要用于UDP协议
//从addr指定的源端接收len大小的数据，然后缓存到buff缓冲区
//该函数还要返回远端地址信息，存放在addr指定的地址结构中
static int sock_recvfrom(int fd, void * buff, int len, unsigned flags,struct sockaddr *addr, int *addr_len)
{struct socket *sock;struct file *file;char address[MAX_SOCK_ADDR];int err;int alen;//参数有效性检查if (fd < 0 || fd >= NR_OPEN || ((file = current->files->fd[fd]) == NULL))return(-EBADF);//通过文件描述符找到对应socket结构if (!(sock = sockfd_lookup(fd, NULL))) return(-ENOTSOCK);if(len<0)return -EINVAL;if(len==0)return 0;//检查缓冲区域是否可写err=verify_area(VERIFY_WRITE,buff,len);if(err)return err;//调用下层函数inet_recvfromlen=sock->ops->recvfrom(sock, buff, len, (file->f_flags & O_NONBLOCK),flags, (struct sockaddr *)address, &alen);if(len<0)return len;//对比可知，这里是sock_recvfrom相比sock_sendto多出来的一部分//它的作用便是将发送端(客户端)的地址信息填充到addr中，就是获取客户端的地址信息if(addr!=NULL && (err=move_addr_to_user(address,alen, addr, addr_len))<0)return err;return len;
}

/**	The assorted BSD I/O operations*///其功能与inet_sendto函数类似
static int inet_recvfrom(struct socket *sock, void *ubuf, int size, int noblock, unsigned flags, struct sockaddr *sin, int *addr_len )
{//获取对应sock结构struct sock *sk = (struct sock *) sock->data;if (sk->prot->recvfrom == NULL) return(-EOPNOTSUPP);if(sk->err)return inet_error(sk);/* We may need to bind the socket. *///检查是否绑定了端口，没有的话就自动绑定一个，就服务器端而言，肯定是有的if(inet_autobind(sk)!=0)return(-EAGAIN);//调用下层udp_recvfrom函数return(sk->prot->recvfrom(sk, (unsigned char *) ubuf, size, noblock, flags,(struct sockaddr_in*)sin, addr_len));
}

四、传输层——udp_recvfrom 函数

/** 	This should be easy, if there is something there we\* 	return it, otherwise we block.*///接收数据包，并返回对端地址(如果需要的话)
int udp_recvfrom(struct sock *sk, unsigned char *to, int len,int noblock, unsigned flags, struct sockaddr_in *sin,int *addr_len)
{int copied = 0;int truesize;struct sk_buff *skb;int er;/**	Check any passed addresses*/if (addr_len) *addr_len=sizeof(*sin);/**	From here the generic datagram does a lot of the work. Come*	the finished NET3, it will do _ALL_ the work!*///从接收队列中获取数据包 	skb=skb_recv_datagram(sk,flags,noblock,&er);if(skb==NULL)return er;//数据包数据部分(数据报)长度truesize = skb->len;//读取长度检查设置，udp是面向报文的，其接收到的每个数据包都是独立的//如果用户要求读取的小于可读取的，那么剩下的将被丢弃(本版本协议栈就是这么干的)copied = min(len, truesize);/**	FIXME : should use udp header size info value *///拷贝skb数据包中的数据负载到to缓冲区中 //这里就是数据转移的地方，将数据从数据包中转移出来到缓存区skb_copy_datagram(skb,sizeof(struct udphdr),to,copied);sk->stamp=skb->stamp;//记录时间/* Copy the address. *///如果要求返回远端地址的话，这里就是拷贝远端地址信息了，含端口号和ip地址if (sin) {sin->sin_family = AF_INET;//地址族sin->sin_port = skb->h.uh->source;//端口号sin->sin_addr.s_addr = skb->daddr;//ip地址，这里是目的ip地址，有点困惑?}//释放该数据包skb_free_datagram(skb);release_sock(sk);return(truesize);//返回读取(接收)到的数据的大小
}

skb_recv_datagram()

/**	Get a datagram skbuff, understands the peeking, nonblocking wakeups and possible*	races. This replaces identical code in packet,raw and udp, as well as the yet to*	be released IPX support. It also finally fixes the long standing peek and read*	race for datagram sockets. If you alter this routine remember it must be*	re-entrant.*///从接收队列中获取数据包//需要注意的是，这些函数(非udp.c文件下)或没有明确指明只与udp协议相关的函数则都是通用的//在tcp和udp协议下都可被调用
struct sk_buff *skb_recv_datagram(struct sock *sk, unsigned flags, int noblock, int *err)
{struct sk_buff *skb;unsigned long intflags;/* Socket is inuse - so the timer doesn't attack it */save_flags(intflags);
restart:sk->inuse = 1;//加锁//检查套接字接收队列中是否有数据包//如果没有，则睡眠等待，在睡眠等待之前必须检查等待的必要性while(skb_peek(&sk->receive_queue) == NULL)	/* No data */{/* If we are shutdown then no more data is going to appear. We are done *///检查套接字是否已经被关闭接收通道，已经关闭通道了就没必要盲目等待了if (sk->shutdown & RCV_SHUTDOWN){release_sock(sk);//对于udp无用，因为udp没有采用back_log暂存队列*err=0;return NULL;}//发生错误，则需要首先处理错误，返回if(sk->err){release_sock(sk);*err=-sk->err;sk->err=0;return NULL;}/* Sequenced packets can come disconnected. If so we report the problem *///状态检查，如果不符合则置错误标志并返回if(sk->type==SOCK_SEQPACKET && sk->state!=TCP_ESTABLISHED){release_sock(sk);*err=-ENOTCONN;return NULL;}/* User doesn't want to wait *///不阻塞，即调用者要求不进行睡眠等待，则直接返回if (noblock){release_sock(sk);*err=-EAGAIN;return NULL;}//系列篇前面介绍过该函数的一个主要功能是重新接收back_log缓存队列中的数据包//由于udp协议不会使用back_log队列(用于tcp超时重发)，所以该函数不会对套接字接收队列造成影响release_sock(sk);/* Interrupts off so that no packet arrives before we begin sleeping.Otherwise we might miss our wake up */cli();//经过前面的一系列检查，这里再次判断是否队列中没有数据包//因为很有可能在上面检查过程中，有数据包到达if (skb_peek(&sk->receive_queue) == NULL){interruptible_sleep_on(sk->sleep);//进入睡眠等待/* Signals may need a restart of the syscall */if (current->signal & ~current->blocked){restore_flags(intflags);;*err=-ERESTARTSYS;return(NULL);}if(sk->err != 0)	/* Error while waiting for packeteg an icmp sent earlier by thepeer has finally turned up now */{*err = -sk->err;sk->err=0;restore_flags(intflags);return NULL;}}sk->inuse = 1;//该套接字目前正在被本进程使用，不能被其余场所使用restore_flags(intflags);//恢复现场}//end while/* Again only user level code calls this function, so nothing interrupt levelwill suddenly eat the receive_queue *///如果接收队列中存在数据包//处理正常读取的情况if (!(flags & MSG_PEEK)){skb=skb_dequeue(&sk->receive_queue);//从队列中获取数据包if(skb!=NULL)skb->users++;//使用该数据包的模块数+1elsegoto restart;	/* Avoid race if someone beats us to the data */}//如果设置了MSG_PEEK标志，允许查看已可读取的数据//处理预先读取的情况else{cli();skb=skb_peek(&sk->receive_queue);if(skb!=NULL)skb->users++;restore_flags(intflags);if(skb==NULL)	/* shouldn't happen but .. */*err=-EAGAIN;}return skb;//返回该数据包
}

  //将内核缓冲区中数据复制到用户缓冲区//拷贝size大小skb数据包中的数据负载(由offset偏移定位)到to缓冲区中
void skb_copy_datagram(struct sk_buff *skb, int offset, char *to, int size)
{/* We will know all about the fraglist options to allow >4K receivesbut not this release *///函数原型:memcpy_tofs(to,from,n) :功能一目了然memcpy_tofs(to,skb->h.raw+offset,size);
}

 //释放一个数据包//先判断该数据包是否还有其余模块使用，再判断该数据包是否还处于系统的某个队列中，//换句话说，这两个判断的目的就是看该数据包是否还有用，没有用了就释放
void skb_free_datagram(struct sk_buff *skb)
{unsigned long flags;save_flags(flags);//保存现场cli();skb->users--;//使用该数据包的模块数-1if(skb->users>0)//如果还有模块使用该数据包，则直接返回{restore_flags(flags);return;}/* See if it needs destroying *///如果没有其余模块使用该数据包，表示这是一个游离的数据包//下面检查数据包是否仍处于系统某个队列中，如果还处于某个队列中则不可进行释放if(!skb->next && !skb->prev)	/* Been dequeued by someone - ie it's read */kfree_skb(skb,FREE_READ);//否则释放该数据包所占用的内存空间restore_flags(flags);//恢复现场
}

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