Linux内核中流量控制(24)

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8.10 mirred(mirror and redirection)

packet mirroring and redirect actions
mirred动作是对数据进行镜像和重定向操作, 将数据包从指定网卡发出, 在net/sched/act_mirred.c中定义

8.10.1 数据结构和动作操作结构

/* include/linux/tc_act/tc_ipt.h */
struct tc_mirred
{
 tc_gen;
// 动作
 int                     eaction;   /* one of IN/EGRESS_MIRROR/REDIR */
// 数据包发出网卡索引号
 __u32                   ifindex;  /* ifindex of egress port */
};

/* include/net/tc_act/tc_ipt.h */
// mirred动作结构
struct tcf_mirred {
 struct tcf_common common;
 int   tcfm_eaction;
 int   tcfm_ifindex;
 int   tcfm_ok_push;
 struct net_device *tcfm_dev;
};
#define to_mirred(pc) \
 container_of(pc, struct tcf_mirred, common)
/* net/sched/act_ipt.c */

static struct tcf_hashinfo mirred_hash_info = {
 .htab = tcf_mirred_ht,
 .hmask = MIRRED_TAB_MASK,
 .lock = &mirred_lock,
};
 
// mirred动作操作结构
static struct tc_action_ops act_mirred_ops = {
// 名称
 .kind  = "mirred",
 .hinfo  = &mirred_hash_info,
// 类型
 .type  = TCA_ACT_MIRRED,
 .capab  = TCA_CAP_NONE,
 .owner  = THIS_MODULE,
 .act  = tcf_mirred,
 .dump  = tcf_mirred_dump,
 .cleanup = tcf_mirred_cleanup,
// 查找, 通用函数
 .lookup  = tcf_hash_search,
 .init  = tcf_mirred_init,
// 遍历, 通用函数
 .walk  = tcf_generic_walker
};
 

8.10.2 初始化

static int tcf_mirred_init(struct rtattr *rta, struct rtattr *est,
      struct tc_action *a, int ovr, int bind)
{
 struct rtattr *tb[TCA_MIRRED_MAX];
 struct tc_mirred *parm;
 struct tcf_mirred *m;
 struct tcf_common *pc;
 struct net_device *dev = NULL;
 int ret = 0;
 int ok_push = 0;
// 解析参数, 保存于tb数组, 失败返回
 if (rta == NULL || rtattr_parse_nested(tb, TCA_MIRRED_MAX, rta) < 0)
  return -EINVAL;
// 必须要有MIRRED参数
 if (tb[TCA_MIRRED_PARMS-1] == NULL ||
     RTA_PAYLOAD(tb[TCA_MIRRED_PARMS-1]) < sizeof(*parm))
  return -EINVAL;
 parm = RTA_DATA(tb[TCA_MIRRED_PARMS-1]);

// 如果定义了网卡索引号
 if (parm->ifindex) {
// 查找相应的网卡设备结构
  dev = __dev_get_by_index(parm->ifindex);
  if (dev == NULL)
   return -ENODEV;
  switch (dev->type) {
// 以下类型的网卡扩展硬件头, 这些通常是虚拟网卡
   case ARPHRD_TUNNEL:
   case ARPHRD_TUNNEL6:
   case ARPHRD_SIT:
   case ARPHRD_IPGRE:
   case ARPHRD_VOID:
   case ARPHRD_NONE:
    ok_push = 0;
    break;
   default:
// 其他类型网卡需要扩展硬件头
    ok_push = 1;
    break;
  }
 }
// 根据索引号查找common节点, 绑定到a节点(priv)
 pc = tcf_hash_check(parm->index, a, bind, &mirred_hash_info);
 if (!pc) {
// 如果节点为空
// 必须要有网卡参数
  if (!parm->ifindex)
   return -EINVAL;
// 创建新的common节点
  pc = tcf_hash_create(parm->index, est, a, sizeof(*m), bind,
         &mirred_idx_gen, &mirred_hash_info);
  if (unlikely(!pc))
   return -ENOMEM;
// 新建标志
  ret = ACT_P_CREATED;
 } else {
// ovr是替代标志, 如果不是替代操作, 对象已经存在, 操作失败
  if (!ovr) {
   tcf_mirred_release(to_mirred(pc), bind);
   return -EEXIST;
  }
 }
// 转换为mirred动作结构
 m = to_mirred(pc);
 spin_lock_bh(&m->tcf_lock);
// 动作
 m->tcf_action = parm->action;
// 实际动作
 m->tcfm_eaction = parm->eaction;
 if (parm->ifindex) {
// 填充网卡参数
  m->tcfm_ifindex = parm->ifindex;
// 如果不是新建操作, 减少网卡计数, 因为已经引用过了
  if (ret != ACT_P_CREATED)
   dev_put(m->tcfm_dev);
// 网卡
  m->tcfm_dev = dev;
  dev_hold(dev);
// 硬件头扩展标志
  m->tcfm_ok_push = ok_push;
 }
 spin_unlock_bh(&m->tcf_lock);
// 如果是新建节点, 插入哈希表
 if (ret == ACT_P_CREATED)
  tcf_hash_insert(pc, &mirred_hash_info);
 return ret;
}

8.10.3 动作

// 将数据包从指定网卡发出
static int tcf_mirred(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a,
        struct tcf_result *res)
{
// mirred动作结构
 struct tcf_mirred *m = a->priv;
 struct net_device *dev;
 struct sk_buff *skb2 = NULL;
// 数据包自身的动作信息
 u32 at = G_TC_AT(skb->tc_verd);
 spin_lock(&m->tcf_lock);
// 网卡
 dev = m->tcfm_dev;
// 最后使用时间
 m->tcf_tm.lastuse = jiffies;
 if (!(dev->flags&IFF_UP) ) {
// 如果该网卡没运行, 丢包
  if (net_ratelimit())
   printk("mirred to Houston: device %s is gone!\n",
          dev->name);
bad_mirred:
// 如果已经分配了克隆包, 释放
  if (skb2 != NULL)
   kfree_skb(skb2);
// 统计参数更新
// 阻塞数
  m->tcf_qstats.overlimits++;
// 包数, 总长度
  m->tcf_bstats.bytes += skb->len;
  m->tcf_bstats.packets++;
  spin_unlock(&m->tcf_lock);
  /* should we be asking for packet to be dropped?
   * may make sense for redirect case only
  */
// 返回丢包
  return TC_ACT_SHOT;
 }
// 克隆数据包用于镜像或重定向
 skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC);
// 失败, 返回
 if (skb2 == NULL)
  goto bad_mirred;
// 如果实际动作既不是镜像也不是重定向, 出错返回
 if (m->tcfm_eaction != TCA_EGRESS_MIRROR &&
     m->tcfm_eaction != TCA_EGRESS_REDIR) {
  if (net_ratelimit())
   printk("tcf_mirred unknown action %d\n",
          m->tcfm_eaction);
  goto bad_mirred;
 }
// 统计数更新
 m->tcf_bstats.bytes += skb2->len;
 m->tcf_bstats.packets++;
// 如果不是发出的, 根据需要扩展硬件头
 if (!(at & AT_EGRESS))
  if (m->tcfm_ok_push)
   skb_push(skb2, skb2->dev->hard_header_len);
 /* mirror is always swallowed */
// 实际动作不是镜像, 重新设置TC判定值
 if (m->tcfm_eaction != TCA_EGRESS_MIRROR)
  skb2->tc_verd = SET_TC_FROM(skb2->tc_verd, at);
// 将克隆的数据包从指定网卡发出
 skb2->dev = dev;
// 克隆数据包输入网卡为原数据包的发出网卡
 skb2->input_dev = skb->dev;
 dev_queue_xmit(skb2);
 spin_unlock(&m->tcf_lock);
// 返回对原数据包skb的动作
 return m->tcf_action;
}

8.10.4 输出

static int tcf_mirred_dump(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a, int bind, int ref)
{
// 数据包缓冲区位置
 unsigned char *b = skb->tail;
// mirred动作结构
 struct tcf_mirred *m = a->priv;
// mirred选项参数
 struct tc_mirred opt;
 struct tcf_t t;
// 填充mirred选项参数
// 索引号
 opt.index = m->tcf_index;
// 基本动作
 opt.action = m->tcf_action;
// 引用数
 opt.refcnt = m->tcf_refcnt - ref;
// 绑定数
 opt.bindcnt = m->tcf_bindcnt - bind;
// 克隆包动作
 opt.eaction = m->tcfm_eaction;
// 发出网卡
 opt.ifindex = m->tcfm_ifindex;
 RTA_PUT(skb, TCA_MIRRED_PARMS, sizeof(opt), &opt);
// 时间参数
// 建立时间
 t.install = jiffies_to_clock_t(jiffies - m->tcf_tm.install);
// 最后使用时间
 t.lastuse = jiffies_to_clock_t(jiffies - m->tcf_tm.lastuse);
// 到期时间
 t.expires = jiffies_to_clock_t(m->tcf_tm.expires);
 RTA_PUT(skb, TCA_MIRRED_TM, sizeof(t), &t);
 return skb->len;
rtattr_failure:
 skb_trim(skb, b - skb->data);
 return -1;
}
 

8.10.5 清除

// 只是tcf_mirred_release的转换函数
static int tcf_mirred_cleanup(struct tc_action *a, int bind)
{
 struct tcf_mirred *m = a->priv;
 if (m)
  return tcf_mirred_release(m, bind);
 return 0;
}
 
// mirred释放操作
static inline int tcf_mirred_release(struct tcf_mirred *m, int bind)
{
 if (m) {
// 减少版本数
  if (bind)
   m->tcf_bindcnt--;
// 减少引用数
  m->tcf_refcnt--;
// 引用数和绑定数都为0时释放节点
  if(!m->tcf_bindcnt && m->tcf_refcnt <= 0) {
// 减少网卡引用
   dev_put(m->tcfm_dev);
// 释放动作节点
   tcf_hash_destroy(&m->common, &mirred_hash_info);
   return 1;
  }
 }
 return 0;
}
 
8.11 pedit(Generic packet editor)

gedit定义一个通用的数据包编辑处理结果方法, 代码在net/sched/act_pedit.c中定义.

8.11.1 数据结构和动作操作结构
/* include/net/tc_act/tc_pedit.h */
// pedit动作结构
struct tcf_pedit {
 struct tcf_common common;
// key的数量
 unsigned char  tcfp_nkeys;
// 标志
 unsigned char  tcfp_flags;
// key数组
 struct tc_pedit_key *tcfp_keys;
};
#define to_pedit(pc) \
 container_of(pc, struct tcf_pedit, common)
/* include/linux/tc_act/tc_pedit.h */
// key结构用于定义对数据包进行的操作处理, 对数据包中指定偏移的数据进行更改
struct tc_pedit_key
{
 __u32           mask;  /* AND */
 __u32           val;   /*XOR */
 __u32           off;  /*offset */
 __u32           at;
 __u32           offmask;
 __u32           shift;
};
                                                                               
struct tc_pedit_sel
{
 tc_gen;
 unsigned char           nkeys;
 unsigned char           flags;
 struct tc_pedit_key     keys[0];
};
#define tc_pedit tc_pedit_sel

/* net/sched/act_gedit.c */

// PEDIT哈希表信息结构
static struct tcf_hashinfo pedit_hash_info = {
 .htab = tcf_pedit_ht,
 .hmask = PEDIT_TAB_MASK,
 .lock = &pedit_lock,
};
 

// PEDIT动作操作结构
static struct tc_action_ops act_pedit_ops = {
 .kind  = "pedit",
 .hinfo  = &pedit_hash_info,
 .type  = TCA_ACT_PEDIT,
 .capab  = TCA_CAP_NONE,
 .owner  = THIS_MODULE,
 .act  = tcf_pedit,
 .dump  = tcf_pedit_dump,
 .cleanup = tcf_pedit_cleanup,
// 通用函数
 .lookup  = tcf_hash_search,
 .init  = tcf_pedit_init,
// 通用函数
 .walk  = tcf_generic_walker
};
 
8.11.2 初始化
static int tcf_pedit_init(struct rtattr *rta, struct rtattr *est,
     struct tc_action *a, int ovr, int bind)
{
 struct rtattr *tb[TCA_PEDIT_MAX];
 struct tc_pedit *parm;
 int ret = 0;
 struct tcf_pedit *p;
 struct tcf_common *pc;
 struct tc_pedit_key *keys = NULL;
 int ksize;
// 解析输入参数, 结果保存到tb数组, 失败则返回
 if (rta == NULL || rtattr_parse_nested(tb, TCA_PEDIT_MAX, rta) < 0)
  return -EINVAL;
// 解析参数, PEDIT参数不能为空
 if (tb[TCA_PEDIT_PARMS - 1] == NULL ||
     RTA_PAYLOAD(tb[TCA_PEDIT_PARMS-1]) < sizeof(*parm))
  return -EINVAL;
// 参数指针
 parm = RTA_DATA(tb[TCA_PEDIT_PARMS-1]);
// key数组大小
 ksize = parm->nkeys * sizeof(struct tc_pedit_key);
 if (RTA_PAYLOAD(tb[TCA_PEDIT_PARMS-1]) < sizeof(*parm) + ksize)
  return -EINVAL;
// 根据索引号查找common结构
 pc = tcf_hash_check(parm->index, a, bind, &pedit_hash_info);
 if (!pc) {
// 没找到
// 如果key数量为0, 非法参数
  if (!parm->nkeys)
   return -EINVAL;
// 新建一个common结构
  pc = tcf_hash_create(parm->index, est, a, sizeof(*p), bind,
         &pedit_idx_gen, &pedit_hash_info);
  if (unlikely(!pc))
   return -ENOMEM;
// 获取PEDIT结构指针
  p = to_pedit(pc);
// 分配key数组空间
  keys = kmalloc(ksize, GFP_KERNEL);
// 如果失败, 将刚分配的common空间释放后返回
  if (keys == NULL) {
   kfree(pc);
   return -ENOMEM;
  }
// 新建标志
  ret = ACT_P_CREATED;
 } else {
// 找到的话
// 获取PEDIT结构指针
  p = to_pedit(pc);
// 检查是否是替代操作, 否则失败, 对象已经存在
  if (!ovr) {
   tcf_hash_release(pc, bind, &pedit_hash_info);
   return -EEXIST;
  }
// 如果key数组大小和原来的不同, 重新分配key数组空间
  if (p->tcfp_nkeys && p->tcfp_nkeys != parm->nkeys) {
   keys = kmalloc(ksize, GFP_KERNEL);
   if (keys == NULL)
    return -ENOMEM;
  }
 }
 spin_lock_bh(&p->tcf_lock);
// 填写GEDIT结构参数
// 标志
 p->tcfp_flags = parm->flags;
// 动作结果
 p->tcf_action = parm->action;
// 如果是替代操作, 而且key数量为0时, keys为空
 if (keys) {
// 释放原来的key数组空间
  kfree(p->tcfp_keys);
// 更新key参数
  p->tcfp_keys = keys;
  p->tcfp_nkeys = parm->nkeys;
 }
// 复制key数组信息
 memcpy(p->tcfp_keys, parm->keys, ksize);
 spin_unlock_bh(&p->tcf_lock);
// 如果是新建节点, 插入哈希表
 if (ret == ACT_P_CREATED)
  tcf_hash_insert(pc, &pedit_hash_info);
 return ret;
}
 

8.11.3 动作

// 只修改数据包数据, 不管校验和的重新计算, 所以应该不适合所有协议的
static int tcf_pedit(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a,
       struct tcf_result *res)
{
// PEDIT动作结构为a的私有数据
 struct tcf_pedit *p = a->priv;
 int i, munged = 0;
 u8 *pptr;
// 如果没有TC_OK2MUNGE(可以修改)标志, 如果是克隆包等就不能直接修改, 必须是独立的包
 if (!(skb->tc_verd & TC_OK2MUNGE)) {
  /* should we set skb->cloned? */
// 重新分配数据包的data缓冲区
  if (pskb_expand_head(skb, 0, 0, GFP_ATOMIC)) {
// 分配失败直接返回动作结果
   return p->tcf_action;
  }
 }
// 网络层数据头
 pptr = skb->nh.raw;
 spin_lock(&p->tcf_lock);
//pedit动作结构的最新使用时间
 p->tcf_tm.lastuse = jiffies;
// 存在key
 if (p->tcfp_nkeys > 0) {
  struct tc_pedit_key *tkey = p->tcfp_keys;
// 循环遍历所有key
  for (i = p->tcfp_nkeys; i > 0; i--, tkey++) {
   u32 *ptr;
   int offset = tkey->off;
// 如果偏移掩码非0
   if (tkey->offmask) {
// at指定数据位置, 不能超过数据包长度
    if (skb->len > tkey->at) {
// 定位到at位置
      char *j = pptr + tkey->at;
// 根据该出字节的值更新偏移offset
      offset += ((*j & tkey->offmask) >>
                tkey->shift);
    } else {
     goto bad;
    }
   }
// 偏移量必须4字节对齐
   if (offset % 4) {
    printk("offset must be on 32 bit boundaries\n");
    goto bad;
   }
// 检查数据包长度是否合法, 数据偏移是否合法, 不能超过数据包长
   if (skb->len < 0 ||
       (offset > 0 && offset > skb->len)) {
    printk("offset %d cant exceed pkt length %d\n",
           offset, skb->len);
    goto bad;
   }
// 定位要编辑的数据位置
   ptr = (u32 *)(pptr+offset);
   /* just do it, baby */
// 更新该位置处的数据: 和掩码与, 再和数值异或
   *ptr = ((*ptr & tkey->mask) ^ tkey->val);
   munged++;
  }
// 设置数据包已经修改标志  
  if (munged)
   skb->tc_verd = SET_TC_MUNGED(skb->tc_verd);
  goto done;
 } else {
  printk("pedit BUG: index %d\n", p->tcf_index);
 }
bad:
// 更新阻塞数
 p->tcf_qstats.overlimits++;
done:
// 更新包数, 字节数
 p->tcf_bstats.bytes += skb->len;
 p->tcf_bstats.packets++;
 spin_unlock(&p->tcf_lock);
// 返回动作
 return p->tcf_action;
}
 
8.11.4 输出

static int tcf_pedit_dump(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a,
     int bind, int ref)
{
// 数据包缓冲区起始位置
 unsigned char *b = skb->tail;
 struct tcf_pedit *p = a->priv;
// PEDIT选项结构, 中间变量, 其他类型的动作直接用结构, 也就是在堆栈中进行
 struct tc_pedit *opt;
// 时间参数
 struct tcf_t t;
 int s;

// 选项结构参数长度, 结构长度加所有key的长度  
 s = sizeof(*opt) + p->tcfp_nkeys * sizeof(struct tc_pedit_key);
 /* netlink spinlocks held above us - must use ATOMIC */
// 分配空间
 opt = kzalloc(s, GFP_ATOMIC);
 if (unlikely(!opt))
  return -ENOBUFS;
// 复制key数值
 memcpy(opt->keys, p->tcfp_keys,
        p->tcfp_nkeys * sizeof(struct tc_pedit_key));
// 填写选项结构参数
// 索引号
 opt->index = p->tcf_index;
// key数量
 opt->nkeys = p->tcfp_nkeys;
// 标志
 opt->flags = p->tcfp_flags;
// 动作
 opt->action = p->tcf_action;
// 引用数
 opt->refcnt = p->tcf_refcnt - ref;
// 绑定数
 opt->bindcnt = p->tcf_bindcnt - bind;
// 填写到数据包
 RTA_PUT(skb, TCA_PEDIT_PARMS, s, opt);
// 填写时间
// 生成时间
 t.install = jiffies_to_clock_t(jiffies - p->tcf_tm.install);
// 最新使用时间
 t.lastuse = jiffies_to_clock_t(jiffies - p->tcf_tm.lastuse);
// 到期时间
 t.expires = jiffies_to_clock_t(p->tcf_tm.expires);
// 拷贝到skb缓冲区
 RTA_PUT(skb, TCA_PEDIT_TM, sizeof(t), &t);
// 释放选项空间, 不需要了
 kfree(opt);
// 返回当前数据长度
 return skb->len;
rtattr_failure:
 skb_trim(skb, b - skb->data);
 kfree(opt);
 return -1;
}
 
8.11.5 清除

static int tcf_pedit_cleanup(struct tc_action *a, int bind)
{
// pedit动作结构
 struct tcf_pedit *p = a->priv;
 if (p) {
// key数组地址
  struct tc_pedit_key *keys = p->tcfp_keys;
// 先释放节点
  if (tcf_hash_release(&p->common, bind, &pedit_hash_info)) {
// 成功的话再释放key数组空间
   kfree(keys);
   return 1;
  }
 }
 return 0;
}
 
8.12 police( Input police filter)
 
police相当来说是最复杂的一个动作处理方法了, 而且根据内核是否定义CONFIG_NET_CLS_ACT, 处理方法有所不同, 本文只分析定义了该选项的情况, 该动作和其他动作不同, 有自己的专有链表进行保存, 而不是系统的链表。该方法使用了TBF流控算法，对超过限制值的数据包可进行指定的结果操作，代码在net/sched/act_police.c中定义.

8.12.1 数据结构和动作操作结构

/* include/linux/plt_cls.h */
struct tc_police
{
 __u32   index;
 int   action;
#define TC_POLICE_UNSPEC TC_ACT_UNSPEC
#define TC_POLICE_OK  TC_ACT_OK
#define TC_POLICE_RECLASSIFY TC_ACT_RECLASSIFY
#define TC_POLICE_SHOT  TC_ACT_SHOT
#define TC_POLICE_PIPE  TC_ACT_PIPE
 __u32   limit;
 __u32   burst;
 __u32   mtu;
 struct tc_ratespec rate;
 struct tc_ratespec peakrate;
 int    refcnt;
 int    bindcnt;
 __u32   capab;
};

/* include/net/act_api.h */
// TCF警察
struct tcf_police {
// 通用结构
 struct tcf_common common;
// 流控限制内的处理结果
 int   tcfp_result;
// 速率
 u32   tcfp_ewma_rate;
// 爆发率
 u32   tcfp_burst;
// MTU
 u32   tcfp_mtu;
// 令牌
 u32   tcfp_toks;
// P令牌(peak?)
 u32   tcfp_ptoks;
// 时间
 psched_time_t  tcfp_t_c;
// 速率表
 struct qdisc_rate_table *tcfp_R_tab;
// P速率表
 struct qdisc_rate_table *tcfp_P_tab;
};
#define to_police(pc) \
 container_of(pc, struct tcf_police, common)
struct tcf_hashinfo {
 struct tcf_common **htab;
 unsigned int  hmask;
 rwlock_t  *lock;
};
/* net/sched/act_police.c */

// simple哈希表信息结构
static struct tcf_hashinfo police_hash_info = {
 .htab = tcf_police_ht,
 .hmask = POL_TAB_MASK,
 .lock = &police_lock,
};
/* old policer structure from before tc actions */
// 老结构
struct tc_police_compat
{
 u32   index;
 int   action;
 u32   limit;
 u32   burst;
 u32   mtu;
 struct tc_ratespec rate;
 struct tc_ratespec peakrate;
};
 
// police动作操作结构
static struct tc_action_ops act_police_ops = {
 .kind  = "police",
 .hinfo  = &police_hash_info,
 .type  = TCA_ID_POLICE,
 .capab  = TCA_CAP_NONE,
 .owner  = THIS_MODULE,
 .act  = tcf_act_police,
 .dump  = tcf_act_police_dump,
 .cleanup = tcf_act_police_cleanup,
// 通用函数
 .lookup  = tcf_hash_search,
 .init  = tcf_act_police_locate,
 .walk  = tcf_act_police_walker
};
 

8.12.2 初始化

static int tcf_act_police_locate(struct rtattr *rta, struct rtattr *est,
                                 struct tc_action *a, int ovr, int bind)
{
 unsigned h;
 int ret = 0, err;
 struct rtattr *tb[TCA_POLICE_MAX];
 struct tc_police *parm;
 struct tcf_police *police;
 struct qdisc_rate_table *R_tab = NULL, *P_tab = NULL;
 int size;
// 参数解析, 结果保存于tb数组, 解析失败则返回
 if (rta == NULL || rtattr_parse_nested(tb, TCA_POLICE_MAX, rta) < 0)
  return -EINVAL;
// 必须有_POLICE_TBF参数
 if (tb[TCA_POLICE_TBF-1] == NULL)
  return -EINVAL;
// 数据大小
 size = RTA_PAYLOAD(tb[TCA_POLICE_TBF-1]);
// 必须是struct tcf_police结构或tc_police_compat结构大小
 if (size != sizeof(*parm) && size != sizeof(struct tc_police_compat))
  return -EINVAL;
// 获取参数
 parm = RTA_DATA(tb[TCA_POLICE_TBF-1]);
// 检查RESULT参数
 if (tb[TCA_POLICE_RESULT-1] != NULL &&
     RTA_PAYLOAD(tb[TCA_POLICE_RESULT-1]) != sizeof(u32))
  return -EINVAL;
// 代码重复了, 虽然没错, 第一次见到这种情况
 if (tb[TCA_POLICE_RESULT-1] != NULL &&
     RTA_PAYLOAD(tb[TCA_POLICE_RESULT-1]) != sizeof(u32))
  return -EINVAL;
// 如果索引号非0
 if (parm->index) {
  struct tcf_common *pc;
// 根据索引号查找common节点
  pc = tcf_hash_lookup(parm->index, &police_hash_info);
  if (pc != NULL) {
// 找到, 将common节点设置为动作结构的私有数据
   a->priv = pc;
// 转换为police指针
   police = to_police(pc);
// 绑定
   if (bind) {
    police->tcf_bindcnt += 1;
    police->tcf_refcnt += 1;
   }
// 如果是更新replace, 跳转到更新操作
   if (ovr)
    goto override;
// 否则返回成功, 不需要修改原有结构中的数据
   return ret;
  }
 }
// 索引号为0, 或没找到原有的common节点, 新建节点
// 分配police空间
 police = kzalloc(sizeof(*police), GFP_KERNEL);
 if (police == NULL)
  return -ENOMEM;
// 新建标志
 ret = ACT_P_CREATED;
// 设置police结构参数
// 初始化引用数为1
 police->tcf_refcnt = 1;
 spin_lock_init(&police->tcf_lock);
// 统计锁
 police->tcf_stats_lock = &police->tcf_lock;
// 绑定数
 if (bind)
  police->tcf_bindcnt = 1;
override:
 if (parm->rate.rate) {
// 如果有流量限制参数
  err = -ENOMEM;
// 建立流量控制结构
  R_tab = qdisc_get_rtab(&parm->rate, tb[TCA_POLICE_RATE-1]);
  if (R_tab == NULL)
   goto failure;
  if (parm->peakrate.rate) {
// 如果有峰值流量限制, 建立峰值流控结构
   P_tab = qdisc_get_rtab(&parm->peakrate,
            tb[TCA_POLICE_PEAKRATE-1]);
   if (P_tab == NULL) {
    qdisc_put_rtab(R_tab);
    goto failure;
   }
  }
 }
 /* No failure allowed after this point */
 spin_lock_bh(&police->tcf_lock);
 if (R_tab != NULL) {
// 释放原来的流量限制结构
  qdisc_put_rtab(police->tcfp_R_tab);
// 更新为新的结构
  police->tcfp_R_tab = R_tab;
 }
 if (P_tab != NULL) {
// 更新峰值流量限制结构
  qdisc_put_rtab(police->tcfp_P_tab);
  police->tcfp_P_tab = P_tab;
 }
// 解析POLICE_RESULT参数
 if (tb[TCA_POLICE_RESULT-1])
  police->tcfp_result = *(u32*)RTA_DATA(tb[TCA_POLICE_RESULT-1]);
// 令牌数和爆发数初始化
 police->tcfp_toks = police->tcfp_burst = parm->burst;
// MTU
 police->tcfp_mtu = parm->mtu;
 if (police->tcfp_mtu == 0) {
// 如果MTU为0, 改为全1
  police->tcfp_mtu = ~0;
// 设置峰值流控的MTU
  if (police->tcfp_R_tab)
   police->tcfp_mtu = 255<<police->tcfp_R_tab->rate.cell_log;
 }
// 设置当前峰值流控令牌数
 if (police->tcfp_P_tab)
  police->tcfp_ptoks = L2T_P(police, police->tcfp_mtu);
// police动作
 police->tcf_action = parm->action;
#ifdef CONFIG_NET_ESTIMATOR
// 处理估计器
 if (tb[TCA_POLICE_AVRATE-1])
  police->tcfp_ewma_rate =
   *(u32*)RTA_DATA(tb[TCA_POLICE_AVRATE-1]);
 if (est)
  gen_replace_estimator(&police->tcf_bstats,
          &police->tcf_rate_est,
          police->tcf_stats_lock, est);
#endif
 spin_unlock_bh(&police->tcf_lock);
// 如果不是新建的节点, 可以返回了
 if (ret != ACT_P_CREATED)
  return ret;
 PSCHED_GET_TIME(police->tcfp_t_c);
// 更新police结构的索引号
 police->tcf_index = parm->index ? parm->index :
  tcf_hash_new_index(&police_idx_gen, &police_hash_info);
// 计算哈希数
 h = tcf_hash(police->tcf_index, POL_TAB_MASK);
 write_lock_bh(&police_lock);
// 将新节点插入tcf_police_ht[h]链表作为头节点, 注意不是插入系统的common哈希链表
 police->tcf_next = tcf_police_ht[h];
 tcf_police_ht[h] = &police->common;
 write_unlock_bh(&police_lock);
// 将police结构作为动作a的私有数据
 a->priv = police;
 return ret;
failure:
// 错误处理, 如果是新建操作, 释放新分配的police结构
 if (ret == ACT_P_CREATED)
  kfree(police);
 return err;
}
 
8.12.3 动作

static int tcf_act_police(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a,
                          struct tcf_result *res)
{
// police结构为a的私有数据
 struct tcf_police *police = a->priv;
// 当前时间
 psched_time_t now;
// 令牌数
 long toks;
// 峰值令牌数
 long ptoks = 0;
 spin_lock(&police->tcf_lock);
// 统计数更新
 police->tcf_bstats.bytes += skb->len;
 police->tcf_bstats.packets++;
#ifdef CONFIG_NET_ESTIMATOR
// 判断是否阻塞, 流量超过限制值
 if (police->tcfp_ewma_rate &&
     police->tcf_rate_est.bps >= police->tcfp_ewma_rate) {
  police->tcf_qstats.overlimits++;
  spin_unlock(&police->tcf_lock);
  return police->tcf_action;
 }
#endif
// 如果数据包长度不超过MTU，在流量限制范围内
 if (skb->len <= police->tcfp_mtu) {
  if (police->tcfp_R_tab == NULL) {
// 没有流控表, 返回限制结果tcfp_result
   spin_unlock(&police->tcf_lock);
   return police->tcfp_result;
  }
// 获取当前数据
  PSCHED_GET_TIME(now);
// 计算时间对应令牌
  toks = PSCHED_TDIFF_SAFE(now, police->tcfp_t_c,
      police->tcfp_burst);
  if (police->tcfp_P_tab) {
// 如果存在峰值流控
   ptoks = toks + police->tcfp_ptoks;
// MTU对应的峰值令牌
   if (ptoks > (long)L2T_P(police, police->tcfp_mtu))
    ptoks = (long)L2T_P(police, police->tcfp_mtu);
// 减去当前数据包长对应的峰值令牌数
   ptoks -= L2T_P(police, skb->len);
  }
// 令牌增加原来的桶里的令牌
  toks += police->tcfp_toks;
// 限制令牌值不超过burst值
  if (toks > (long)police->tcfp_burst)
   toks = police->tcfp_burst;
// 令牌数减去数据包长对应的令牌数
  toks -= L2T(police, skb->len);
  if ((toks|ptoks) >= 0) {
// 令牌数大于0, 在流量限制范围内
// 更新时间和令牌
   police->tcfp_t_c = now;
   police->tcfp_toks = toks;
   police->tcfp_ptoks = ptoks;
   spin_unlock(&police->tcf_lock);
// 返回不超过流控限制下的动作处理结果
   return police->tcfp_result;
  }
 }
// 超过流量限制了
 police->tcf_qstats.overlimits++;
 spin_unlock(&police->tcf_lock);
// 返回动作处理结果
 return police->tcf_action;
}
 
8.12.4 输出

static int
tcf_act_police_dump(struct sk_buff *skb, struct tc_action *a, int bind, int ref)
{
// 数据包缓冲区起始位置
 unsigned char  *b = skb->tail;
// police结构为a的私有数据
 struct tcf_police *police = a->priv;
// 选项参数, 中间数据
 struct tc_police opt;

// 填写选项参数
// 索引号
 opt.index = police->tcf_index;
// 动作
 opt.action = police->tcf_action;
// MTU
 opt.mtu = police->tcfp_mtu;
// 爆发值
 opt.burst = police->tcfp_burst;
// 引用数
 opt.refcnt = police->tcf_refcnt - ref;
// 绑定数
 opt.bindcnt = police->tcf_bindcnt - bind;
// 速率控制
 if (police->tcfp_R_tab)
  opt.rate = police->tcfp_R_tab->rate;
 else
  memset(&opt.rate, 0, sizeof(opt.rate));
// 峰值速率控制
 if (police->tcfp_P_tab)
  opt.peakrate = police->tcfp_P_tab->rate;
 else
  memset(&opt.peakrate, 0, sizeof(opt.peakrate));
// 将选项参数填写到skb数据包
 RTA_PUT(skb, TCA_POLICE_TBF, sizeof(opt), &opt);
// 处理结果
 if (police->tcfp_result)
  RTA_PUT(skb, TCA_POLICE_RESULT, sizeof(int),
   &police->tcfp_result);
#ifdef CONFIG_NET_ESTIMATOR
// 估计器
 if (police->tcfp_ewma_rate)
  RTA_PUT(skb, TCA_POLICE_AVRATE, 4, &police->tcfp_ewma_rate);
#endif
// 返回现在的数据包长度
 return skb->len;
rtattr_failure:
 skb_trim(skb, b - skb->data);
 return -1;
}
 

8.12.5 清除

// 就是tcf_police_release的包裹函数
static int tcf_act_police_cleanup(struct tc_action *a, int bind)
{
 struct tcf_police *p = a->priv;
 if (p != NULL)
  return tcf_police_release(p, bind);
 return 0;
}

/* include/net/act_api.h */
static inline int
tcf_police_release(struct tcf_police *p, int bind)
{
 int ret = 0;
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
 if (p) {
// 减少绑定数
  if (bind)
   p->tcf_bindcnt--;
// 减少引用数
  p->tcf_refcnt--;
// 绑定数和引用数都为0, 释放police节点
  if (p->tcf_refcnt <= 0 && !p->tcf_bindcnt) {
   tcf_police_destroy(p);
   ret = 1;
  }
 }
#else
 if (p && --p->tcf_refcnt == 0)
  tcf_police_destroy(p);
#endif /* CONFIG_NET_CLS_ACT */
 return ret;
}

/* net/sched/act_police.c */
void tcf_police_destroy(struct tcf_police *p)
{
// 根据索引号计算哈希数
 unsigned int h = tcf_hash(p->tcf_index, POL_TAB_MASK);
 struct tcf_common **p1p;
// 遍历指定的哈希链表, 查找地址匹配的common节点
 for (p1p = &tcf_police_ht[h]; *p1p; p1p = &(*p1p)->tcfc_next) {
  if (*p1p == &p->common) {
// 找到
   write_lock_bh(&police_lock);
// 从链表断开
   *p1p = p->tcf_next;
   write_unlock_bh(&police_lock);
#ifdef CONFIG_NET_ESTIMATOR
// 释放估计器
   gen_kill_estimator(&p->tcf_bstats,
        &p->tcf_rate_est);
#endif
// 释放流控表
   if (p->tcfp_R_tab)
    qdisc_put_rtab(p->tcfp_R_tab);
// 释放峰值流控表
   if (p->tcfp_P_tab)
    qdisc_put_rtab(p->tcfp_P_tab);
// 释放节点
   kfree(p);
   return;
  }
 }
 BUG_TRAP(0);
}

8.12.6 遍历

// police是目前分析的唯一一个自定义遍历函数的动作, 执行删除和输出两种操作
// 因为不是用系统的哈希表, 用的是自己的哈希表
static int tcf_act_police_walker(struct sk_buff *skb, struct netlink_callback *cb,
                              int type, struct tc_action *a)
{
 struct tcf_common *p;
 int err = 0, index = -1, i = 0, s_i = 0, n_i = 0;
 struct rtattr *r;
 read_lock(&police_lock);
// 要跳过的节点数
 s_i = cb->args[0];
// 遍历所有哈希表
 for (i = 0; i < (POL_TAB_MASK + 1); i++) {
// 链表头, 使用tcf_hash似乎没必要, 因为i是不超过POL_TAB_MASK的
  p = tcf_police_ht[tcf_hash(i, POL_TAB_MASK)];
// 遍历链表
  for (; p; p = p->tcfc_next) {
// 统计数
   index++;
// 小于要跳过的节点数, 跳过
   if (index < s_i)
    continue;
// 将节点p作为a私有数据
   a->priv = p;
   a->order = index;
// 数据包的末尾
   r = (struct rtattr*) skb->tail;
   RTA_PUT(skb, a->order, 0, NULL);
// 执行删除或获取操作, 将前面
   if (type == RTM_DELACTION)
    err = tcf_action_dump_1(skb, a, 0, 1);
   else
    err = tcf_action_dump_1(skb, a, 0, 0);
   if (err < 0) {
// 操作失败. 中断循环
    index--;
    skb_trim(skb, (u8*)r - skb->data);
    goto done;
   }
// rtnetlink属性数据长度
   r->rta_len = skb->tail - (u8*)r;
// 处理过的节点增加
   n_i++;
  }
 }
done:
 read_unlock(&police_lock);
// 增加处理过的节点的数量
 if (n_i)
  cb->args[0] += n_i;
 return n_i;
rtattr_failure:
 skb_trim(skb, (u8*)r - skb->data);
 goto done;
}

9. 总结

Linux内核中的流量控制处理基本结构是Qdisc，简单情况下只用Qdisc就可以满足流控的要求，如FIFO，TBF等；但如果想对数据进行分类流控，就需要增加class和filter的相关处理，前者建立类别处理树，后者则定义什么样的数据属于什么类别，然后针对每个类别数据设置自己的Qdisc，就可以进行细粒度地流控处理了，关于action处理，窃以为意思不是很大，因为不是丢包就是发包，也不会象netfilter那样有各种各样的target处理。

流控处理实现的重要特点就是功能的对象化，功能充分模块化，容易扩展，虽然是C程序，但可以认为和C++一样的实现了对象的封装处理，充分体现了OO的观念，也就是说OO是程序设计理念，而不是只限制只能由支持对象的语言实现，任何语言都可以用来实现OO设计思想。