文章10：Nginx源码分析----Nginx如何获得数据包(未完成)

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来自yankai0219

0.序 1.正文 问题1：如何从网络设备中获得数据？专业点的话，Linux网络协议栈中数据包的处理过程 问题2：应用层如何从传输层获得数据 解决方法： 首先：阅读以下几篇文章。 再次：自己做出一个总结。我的总结如下： 1.套接字缓冲区skb 2.数据的拷贝 3.详细讲述两次数据拷贝的过程 2.依旧存在问题

0.序
刚看到这个问题“Nginx如何获得数据包”时，我一下子就不知所措，根本就不知道如何获取，之前就知道socket、bind、listen就建立连接，获取数据了。
本次序言，主要讲述了我是如何思考，如何找到解决问题的切入点，以供大家参考。有些不正确的地方，请指正。
Nginx作为应用层程序，如何获得来自网络的数据呢？
这部分内容，对于一个Linux网络编程的菜鸟来讲，实在难以理解，刚接触这个问题时，无从下手。
思路1来源：http://java-mzd.iteye.com/blog/1007577 提到的“怎么理解协议与程序”

如同我们自定义的应用层协议一样： 协议只是给出了一组规范，规定我们应该怎么样（按什么规则）保存数据。 在计算机间传输的永远都是二进制字节码（对于传输层，可以理解为传输的始终是下层的IP数据包），是计算机中的程序通过对这些字节码进行逻辑分析、判断，来控制程序完成差错控制等功能。 至于解析这些字节码的程序，则可以有不同的实现，只要我们按照规则来解析，并作出相应的控制，我们大可以自己写个程序是实现相应功能。

即：协议就是一组规范，规定了如何保存数据。到底如何去做，那协议就不知道了。

那么到底如何去做呢？那就要交给程序来做。程序就是根据协议这一规定来编写的实际执行的代码。
那接下来就是关于程序。对于程序来讲，我们经常会定义一些数据结构来保存数据。如果从这一角度思考的话，对于Nginx这一应用层程序来讲，其获得传输层的数据也必定是通过某一个特定的数据结构来获得。
思路2来源：从TCP/IP的四层结构考虑
众所周知，TCP/IP有四层结构（也有人说5层）：数据链路层---网络层---传输层----应用层。Nginx作为应用层程序，那么它只需要从传输层获得数据。可传输层又如何获得数据呢？
举例来说，在网络设备中传输的数据帧，当我请求www.baidu.com时，百度的服务器是如何从网络设备中获得我的数据的呢？肯定是从数据链路层--网络层--传输层---应用层逐层获得数据。
这儿能够找到一个点，就是数据链路层如何从网络设备中获得数据呢？以此为出发点，去网上搜索文章，果然，找到了整个问题“应用层程序如何获得数据包”的切入点。
1.正文
问题1：如何从网络设备中获得数据？专业点的话，Linux网络协议栈中数据包的处理过程
问题2：应用层如何从传输层获得数据

解决方法：
首先：阅读以下几篇文章。
问题1需要阅读文章1：Linux网络协议栈之数据包处理过程 文章2：深度探索套接字缓冲区
sk_buff skb 文章3：深度探索套接字缓冲区 这些文章都有些重复内容，建议仔细阅读文章1.

问题2需要阅读以下文章Linux内核--网络栈实现分析（六）--应用层获取数据包（上）。

再次：自己做出一个总结。我的总结如下：
1.套接字缓冲区skb
packet：通过网卡收发的报文，包括链路层、网络层、传输层的协议头和携带的数据。
Data buffer：存储packet的内存空间。

struct sk_buff结构体是linux TCP/IP网络栈中，用于管理Data buffer的结构。

套接字缓冲区skb是用结构体struct sk_buff表示，它用于在网络系统的各层之间传递数据，处于一个核心地位，该结构体包含了一组成员数据用于承载网络数据，同时，也定义了这些数据上操作的一些函数。
通俗的来讲，从以太网帧中传上来的数据都会被解析保存到struct sk_buff结构体中，该结构体中包含了所有的数据，它用于在数据链路层、网络层、传输层中传递数据，即数据链路层、网络层、传输层所获得数据都是从struct sk_buff结构体中获得。
2.数据的拷贝

为了提高网络处理的性能，应尽量减少数据包的拷贝，目前linux协议在接收数据的时候，仅仅需要拷贝两次：
1）数据包进入网卡驱动后拷贝一次
2）从内核空间递交给用户空间的应用时再拷贝一次

3.详细讲述两次数据拷贝的过程
1）数据包进入网卡驱动后拷贝一次。
由于我刚刚接触，所以不能够从源码上给出解释，只能从大致的函数调用上给出解释，以后有机会再进行补充。
当以太网帧到达网卡时，网卡驱动程序会分配一个struct sk_buffer的结构体skb，包含以太网帧所有数据信息，这儿有一次数据复制。会将数据包缓存结构struct sk_buff挂载到接收队列sk->receive_queue的队尾
2）从内核空间递交给用户空间的应用时再拷贝一次
总结，在一系列的调用中，会通过skb_copy_datagram数据进入结构体struct msghdr中。这儿会将数据拷贝到用户空间。具体的函数调用参考文章《Linux内核--网络栈实现分析（六）--应用层获取数据包（上）》。
2.依旧存在问题
截止到2012年9月23日，对于Nginx如何获取数据包依旧存在以下问题
问题：虽然知道了应用程序获取数据包的大致流程（以太网帧----struct sk_buff -----struct msghdr），但是Nginx是否采用如此方式，以及如何使用数据都是未知。