日期:2014-5-16 浏览次数:20484次 点赞次数:20

【百度分享】linux TCPIP实现浅谈-网卡TSO机制(1)
简介
TSO(TCP Segment Offload)技术是一种利用网卡的少量处理能力,降低CPU发送数据包负载的技术,需要网卡硬件及驱动的支持。 
在不支持TSO的网卡上,TCP层向IP层发送数据会考虑mss,使得TCP向下发送的数据可以包含在一个IP分组中而不会造成分片, mss是在TCP初始建立连接时由网卡MTU确定并和对端协商的,所以在一个MTU=1500的网卡上,TCP向下发送的数据不会大于min(mss_local, mss_remote)-ip头-tcp头。 

而当网卡支持TSO时,TCP层会逐渐增大mss(总是整数倍数增加),当TCP层向下发送大块数据时,仅仅计算TCP头,网卡接到到了IP层传下的大数 据包后自己重新分成若干个IP数据包,添加IP头,复制TCP头并且重新计算校验和等相关数据,这样就把一部分CPU相关的处理工作转移到由网卡来处理。 内核TCP/IP协议栈也必须考虑下发包数和实际包数不一致的情况,例如处理拥塞控制算法时必须做一些特殊的处理等等。 

注:参考内核版本为2.6.9;

1 TCP/IP协议栈对TSO的支持
1.1 逐渐增大mss(offload)
在不支持TSO的网卡 上,TCP层向IP层发送数据会考虑mss,使得TCP向下发送的数据可以包含在一个IP分组中而不会造成分片, mss是在TCP初始建立连接时根据网卡MTU确定并和对端协商的,所以在一个MTU=1500的网卡上,TCP向下发送的数据不会大于min (mss_local, mss_remote)-ip头-tcp头。 
在应用层向传输层传输数据时,对于TCP协议,最终会调用如下函数: 

文件 net/ipv4/tcp.c 
int tcp_sendmsg(struct kiocb *iocb, struct sock *sk, struct msghdr *msg, size_t size)
该函数会调用如下函数 
文件 net/ipv4/tcp.c 
unsigned int tcp_current_mss(struct sock *sk, int large)
获得当前的mss值,如果网卡不支持TSO,则该函数返回的mss值将和原来相同,否则如果当前不是一个MSG_OOB类型的消息,内核将尝试增大 mss值,注意: 最大的mss值不会大于65535-ip头-tcp。 内核根据/proc变量tcp_tso_win_divisor决定增大后的mss占当前拥塞控制窗口的比率(snd_cwnd)。最终的效果是:增大的mss总是原有mss值的整数倍,但是不会超过snd_cwnd/tcp_tso_win_divisor。 


1.2 对skb计数的修正
在启用TSO时,由于TCP层向下发送一个skb, 有可能最终会发出n个IP数据包,即一个skb和一个IP packet可能不是一一对应的关系,而我们都知道,TCP拥塞控制算法需要精确跟踪当前发送、接收以及拥塞控制窗口来决定最终发送多少数据包,TSO的 存在给计算带来了一定的复杂性,所以内核在每一个skb的末尾维护了额外的数据(struct skb_shared_info,通过skb_shinfo取出),表示该skb包含多少个packet。内核提供下列函数操作这块数据: tcp_skb_pcount 
tcp_skb_mss
tcp_inc_pcount
tcp_inc_pcount_explicit
tcp_dec_pcount_explicit
tcp_dec_pcount
tcp_dec_pcount_approx
tcp_get_pcount
tcp_set_pcount
tcp_packets_out_inc
tcp_packets_out_dec
tcp_packets_in_flight
最终,当TCP协议栈在调用tcp_snd_test决定是否可以发送当前skb时,会调用上述函数修正计算结果。 


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