【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_recvfrom
len=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 packet
eg an icmp sent earlier by the
peer 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 level
will 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+1
else
goto 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 receives
but 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-1
if(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
}