Linux与FreeBSD中TCP协议栈实现之比较
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4.4BSDlite，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。
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。 再来讨论右边的输入，当网卡收到数据时，中断处理程序ex_intr将被调用。驱动通过ex_rx_intr将数据从硬件缓冲复制进m_buf数据结构中，并调用ether_input来进一步处理。ether_input通过ether_demux进行分用。如果是一个Ip包，将通过软中断调用ip_fastforward进行数据校验，并判断是否要转发，如果失败，将进行ip_input进行完整的处理。在in_input中，同样要判断是否要进行转发，如果不用，调用tcp_input进行进一步处理。在tcp_input中，进行数据校验和验证后，有一个叫做首部预测算法的优化，可以加快数据处理速度。进行完所有的操作后，如果是用户数据，将唤醒用户进程进行处理。同理，用户可以使用多个函数进行数据接收，而soreceive将负责将数据从m_buf转移至用户进程缓冲。 可以看出，在FreeBSD中，发送和接收数据，所进行的操作差不多，都要进行两次数据复制和两次数据遍历，这也是最大的影响效率的地方。两次数据复制似乎无可避免，下面我们来看看Linux是怎么做的。
可以看到，在LINUX上的实现稍显复杂。让我们首先从发送开始分析。在LINUX上，socket被实现为一 |
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