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linux与freebsd中tcp协议栈实现之比较

烈火建站学院(liehuo.net)文档 作为两个最有名的开源操作系统,Linux和FreeBSD是网管们的首选。Linux以开放性和众多的驱动支持著称,而FreeBSD有着优良的UNIX传统,是公认的最稳定的操作系统。那么,在这两个操作系统间,该如何选择呢?幸好,我们有源码,可以从协议栈的实现中寻找答案。

TCP/IP协议栈是网络中广泛使用的事实网络通信标准。最初的TCP实现源自4.4BSD lite,在Linux兴起后,也不可避免得支持它。但Linux的实现自成体系,仅与传统实现保持接口上的兼容,下面我们将针对源码级的实现,来分析一下两者的异同。但是,对于Linux和FreeBSD这样优秀的系统来说,已经无所谓何优何劣,有的仅仅是实现策略与侧重点上的不同而已。

从进程的角度上讲,可以调用send,sendto,sendmsg来发送一段数据,来可以使用文件系统中的write和writev来发送数据。同理,接收数据可以使用相应的recv,recvmsg,recvfrom,也可以使用文件系统提供的read,readv来接收一段数据。对于接收来说,这是异步进行的,也就是说,这是中断驱动的,在以后的分析中,我们要注意这点。为简单起见,同时不失一般性,我们将分析TCP协议的输入输出全过程,并以已对LINUX及FreeBSD的实现作一对比。

首先我们来看FreeBSD上的协议实现,这也是最正统的实现。下面是完整的输入输出路径。

linux与freebsd中tcp协议栈实现之比较 - aaron - 终南余雪的博客

首先来看左边的输出,不管应用程序调用哪个输出函数,最终都要调用sosend来完成输出。Sosend将从用户空间把数据复制进内核管理的m_buf数据结构,m_buf是FreeBSD的TCP实现使用的数据缓冲结构。在sosend完成数据复制后,将调用TCP的输出函数,tcp_output要做的事情是分配一个新的m_buf来保存tcp头,并计算相应的数据校验码,在下一步的ip_output中,同样也要进行数据校验工作,并进行数据路由选择。最终ether_output将通过if_start来调用具体的硬件驱动程序来完成数据发送。在某个网卡的驱动中,ex_start将负责将数据从内核的m_buf缓冲复制进硬件自己的缓冲区,以完成数据发送工作。在这整个过程中,数据被复制两次,并且也被遍历两次(计算校验码),这也是主要的影响效率的地方。

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