Linux内核分析 - 网络[四]：路由表

路由表
    在内核中存在路由表fib_table_hash和路由缓存表rt_hash_table。路由缓存表主要是为了加速路由的查找，每次路由查询都会先查找路由缓存，再查找路由表。这和cache是一个道理，缓存存储最近使用过的路由项，容量小，查找快速；路由表存储所有路由项，容量大，查找慢。
首先，应该先了解路由表的意义，下面是route命令查看到的路由表：

Destination	Netmask	Gateway	Flags	Interface	Metric
169.254.0.0	255.255.0.0	*	U	eth0	1
192.168.123.0	255.255.255.0	*	U	eth0	1
default	0.0.0.0	192.168.123.254	UG	eth0	1

    一条路由其实就是告知主机要到达一个目的地址，下一跳应该走哪里。比如发往192.168.22.3报文通过查路由表，会得到下一跳为192.168.123.254，再将其发送出去。在路由表项中，还有一个很重要的属性-scope，它代表了到目的网络的距离。
    路由scope可取值：RT_SCOPE_UNIVERSE, RT_SCOPE_LINK, RT_SCOPE_HOST
    在报文的转发过程中，显然是每次转发都要使到达目的网络的距离要越来越小或不变，否则根本到达不了目的网络。上面提到的scope很好的实现这个功能，在查找路由表中，表项的scope一定是更小或相等的scope(比如RT_SCOPE_LINK，则表项scope只能为RT_SCOPE_LINK或RT_SCOPE_HOST)。
 
路由缓存
    路由缓存用于加速路由的查找，当收到报文或发送报文时，首先会查询路由缓存，在内核中被组织成hash表，就是rt_hash_table。
static struct rt_hash_bucket          *rt_hash_table __read_mostly;      [net\ipv4\route.c]
通过ip_route_input()进行查询，首先是缓存操作时，通过[src_ip, dst_ip, iif,rt_genid]计算出hash值

hash = rt_hash(daddr, saddr, iif, rt_genid(net));

此时rt_hash_table[hash].chain就是要操作的缓存表项的链表，比如遍历该链表

for (rth = rt_hash_table[hash].chain; rth; rth = rth->u.dst.rt_next)

因此，在缓存中查找一个表项，首先计算出hash值，取出这组表项，然后遍历链表，找出指定的表项，这里需要完全匹配[src_ip, dst_ip,
iif, tos, mark, net]，实际上struct rtable中有专门的属性用于缓存的查找键值 – struct flowi。

/* Cache lookup keys */
struct flowi                fl;

当找到表项后会更新表项的最后访问时间，并取出dst

dst_use(&rth->u.dst, jiffies);
skb_dst_set(skb, &rth->u.dst);

 
路由缓存的创建

inet_init() -> ip_init() -> ip_rt_init()
rt_hash_table = (struct rt_hash_bucket *)
         alloc_large_system_hash("IP route cache",
                                     sizeof(struct rt_hash_bucket),
                                     rhash_entries,
                                     (totalram_pages >= 128 * 1024) ?
                                      15 : 17,
                                     0,
                                     &rt_hash_log,
                                     &rt_hash_mask,
                                      rhash_entries ? 0 : 512 * 1024);

其中rt_hash_mask表示表的大小，rt_hash_log = log(rt_hash_mask)，创建后的结构如图所示：
 
 


路由缓存插入条目
函数rt_intern_hash()
要插入的条目是rt，相应散列值是hash，首先通过hash值找到对应的bucket

rthp = &rt_hash_table[hash].chain;

然后对bucket进行一遍查询，这次查询的目的有两个：如果是超时的条目，则直接删除；如果是与rt相同键值的条目，则删除并将rt插入头部返回。

while ((rth = *rthp) != NULL) {
         if (rt_is_expired(rth)) {     // 超时的条目
                   *rthp = rth->u.dst.rt_next;
                   rt_free(rth);
                   continue;
         }
         if (compare_keys(&rth->fl, &rt->fl) && compare_netns(rth, rt)) { //重复的条目
                   *rthp = rth->u.dst.rt_next;
                   rcu_assign_pointer(rth->u.dst.rt_next, rt_hash_table[hash].chain);
                   rcu_assign_pointer(rt_hash_table[hash].chain, rth);
                   ……
         }
         ……
         rthp = &rth->u.dst.rt_next;
}

在扫描一遍后，如rt还未存在，则将其插入头部

rt->u.dst.rt_next = rt_hash_table[hash].chain;
rcu_assign_pointer(rt_hash_table[hash].chain, rt);

如果新插入rt满足一定条件，还要与ARP邻居表进行绑定
Hint：缓存的每个bucket是没有头结点的，单向链表，它所使用的插入和删除操作是值得学习的，简单实用。
 
路由缓存删除条目
rt_del()
要删除的条目是rt，相应散列值是hash，首先通过hash值找到对应的bucket，然后遍历，如果条目超时，或找到rt，则删除它。

rthp = &rt_hash_table[hash].chain;
spin_lock_bh(rt_hash_lock_addr(hash));
ip_rt_put(rt);
while ((aux = *rthp) != NULL) {
         if (aux == rt || rt_is_expired(aux)) {
                   *rthp = aux->u.dst.rt_next;
                   rt_free(aux);
                   continue;
         }
         rthp = &aux->u.dst.rt_next;
}
spin_unlock_bh(rt_hash_lock_addr(hash));