Linux内核的 协议栈的体系结构图
数据包处理过程
数据包处理过程来⾃链接：这篇⽂档是基于 x86 体系结构和转发 IP 分组的。
数据包在 Linux 内核链路层路径2 接收分组2.1 接收中断如果⽹卡收到⼀个和⾃⼰ MAC 地址匹配或链路层⼴播的以太⽹帧，它就会产⽣⼀个中断。
此⽹卡的驱动程序会处理此中断：从 DMA/PIO 或其他得到分组数据，写到内存⾥去；接着，会分配⼀个新的套接字缓冲区 skb ，并调⽤与协议⽆关的、⽹络设备均⽀持的通⽤⽹络接收处理函数netif_rx(skb) 。
netif_rx() 函数让内核准备进⼀步处理 skb 。
然后， skb 会进⼊到达队列以便 CPU 处理（对于多核 CPU ⽽⾔，每个 CPU 维护⼀个队列）。
如果 FIFO队列已满，就会丢弃此分组。
在 skb 排队后，调⽤ __cpu_raise_softirq() 标记 NET_RX_SOFTIRQ 软中断，等待 CPU 执⾏。
⾄此， netif_rx() 函数调⽤结束，返回调⽤者状况信息（成功还是失败等）。
此时，中断上下⽂进程完成任务，数据分组继续被上层协议栈处理。
2.2 softirq 和 bottom half内核 2.4 以后，整个协议栈不再使⽤ bottom half （下半⽂，没找到好的翻译），⽽是被软中断 softirq 取代。
软中断 softirq 优势明显，可以同时在多个 CPU 上执⾏；⽽ bottom half ⼀次只能在⼀个 CPU 上执⾏，即在多个 CPU执⾏时严格保持串⾏。
中断服务程序往往都是在 CPU 关中断的条件下执⾏的，以避免中断嵌套⽽使控制复杂化。
但是 CPU 关中断的时间不能太长，否则容易丢失中断信号。
为此， Linux 将中断服务程序⼀分为⼆，各称作“ Top Half ”和“ Bottom Half ”。
前者通常对时间要求较为严格，必须在中断请求发⽣后⽴即或⾄少在⼀定的时间限制内完成。
因此为了保证这种处理能原⼦地完成， Top Half 通常是在 CPU 关中断的条件下执⾏的。
linux 协议栈
linux 协议栈Linux协议栈，又称网络协议栈，是指在Linux操作系统中负责处理网络通信传输的一系列协议和软件集合。
它是实现网络通信的核心组件，负责在应用层和网络硬件之间进行数据传输和信息处理。
Linux协议栈由多个协议层组成，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
物理层负责将数据从高层转化为物理信号进行传送，而数据链路层负责将数据在网络间的传递过程中进行帧的封装和解封装，以及网卡的驱动程序。
网络层则负责寻址和路由功能，传输层实现了可靠的端到端通信，应用层提供了各种网络服务。
在物理层的硬件设备中，网络接口卡（NIC）是协议栈与外部网络通信的接口。
协议栈通过驱动程序与NIC进行交互，将数据封装成数据包，并通过数据链路层将数据发往目的地。
在数据链路层，协议栈通过各种链路层协议（如以太网协议）进行数据帧的封装和解封装。
网络层则根据不同的网络协议（如IP协议）进行寻址和路由，将数据从源主机传送到目的主机。
传输层通过传输协议（如TCP或UDP）实现端到端的可靠数据传输。
而应用层则提供了各种网络服务，如HTTP、FTP、DNS等。
Linux协议栈的优点在于其开放源代码的特性和丰富的功能。
由于其开源的特性，用户可以自由地进行定制和修改。
并且，Linux协议栈支持多种网络协议和服务，如IP、TCP、UDP、FTP等。
这使得Linux操作系统具有很高的灵活性和可扩展性，能够满足不同的用户需求。
另外，由于众多开发者的贡献和不断的更新迭代，Linux协议栈也具有较高的稳定性和安全性。
然而，Linux协议栈也存在一些挑战和问题。
对于一些特殊的应用场景和网络需求，Linux协议栈可能无法提供最佳的性能和效果。
此外，在网络安全方面，由于Linux协议栈的复杂性和开放性，也面临着一些潜在的安全风险和漏洞。
总的来说，Linux协议栈是Linux操作系统中的重要组件，负责处理网络通信传输。
它由多个协议层组成，实现了从物理层到应用层的数据传输和处理。
linux操作系统体系结构
linux操作系统体系结构Linux操作系统采用了一种模块化的设计，它的体系结构可以分为用户空间和内核空间两个部分。
用户空间提供了用户与操作系统之间的接口，而内核空间则负责管理系统的资源和提供各种功能的实现。
内核空间是Linux操作系统的核心，它负责管理计算机的硬件资源、处理系统的中断和异常，并为用户空间提供各种系统调用的接口。
Linux的内核是一个可靠、高效、可扩展的设计，它能够运行在多种硬件平台上。
内核包括了许多模块，每个模块负责实现一个特定的功能，比如进程管理、内存管理、文件系统等。
进程管理是Linux内核的一个关键功能，它负责创建、调度和销毁进程，并为进程之间提供通信和同步机制。
Linux采用了基于时间片的多任务调度算法，使得多个进程可以共享处理器资源，提高系统的并发性能。
而且，Linux内核还支持多线程，使得一个进程可以创建多个线程并在多个处理器上同时执行，充分发挥多核处理器的性能。
内存管理是Linux内核的另一个重要功能，它负责分配和管理系统的物理内存和虚拟内存。
Linux采用了页式存储管理机制，将物理内存划分为固定大小的页面，每个页面可以映射到不同的虚拟地址空间。
这样就可以实现进程之间的内存隔离和共享，同时还提供了一些高级的内存管理功能，比如动态内存分配和内存回收。
文件系统是Linux内核的另一个重要组成部分，它负责管理文件和目录，并提供了对这些文件和目录的访问接口。
Linux支持多种文件系统，包括Ext4、XFS、Btrfs等。
文件系统还提供了一些高级功能，比如权限管理、元数据缓存和文件系统日志等。
除了上述功能之外，Linux还提供了许多其他的功能模块，比如网络协议栈、设备驱动程序、虚拟化和容器等。
这些功能模块使得Linux 成为一个功能丰富、可定制性强的操作系统。
用户空间位于内核空间之上，它提供了用户与操作系统之间的接口。
用户空间包含了一系列的应用程序和库，这些程序和库通过系统调用与内核进行通信。
[A8]Powerlink linux移植方案及步骤_李璇
![[A8]Powerlink linux移植方案及步骤_李璇](https://img.taocdn.com/s3/m/1bfb479edaef5ef7ba0d3c10.png)
[A8]POWERLINK linux移植方案及步骤从官网下载openPowerlink源码。
源码中一般都有文档说明，介绍源码以及源码如何使用。
本文讲述powerlink向linux系统移植的方案及其步骤。
1、移植方案协议栈移植存在两种方式：内核模块和用户空间。
内核模块：协议栈作为内核一个模块而被执行，这种方式可提供最佳性能，但是需要匹配具体的网络驱动程序；用户空间：协议栈在用户空间运行，能够提供所有基于powerlink协议栈的功能。
协议栈借助于libpcap库访问网络接口（与具体的网络驱动程序对接），从而使得协议栈与网卡及其驱动独立开。
1.1 内核模块Powerlink移植到内核空间，作为内核模块，其各层程序如下图2.1所示。
图2.1 Powerlink在linux内核空间实现示意图在内核空间实现Powerlink，协议栈作为一个内核模块存在于内核中，需要根据所用的网卡，编写对应的驱动的程序，以供协议栈在内核使用。
在内核空间实现了一套用于调用协议栈的操作，再在用户空间将这些操作进行封装，形成和在用户空间实现相同的用户层接口（API），可方便应用层开发。
即针对向内核空间移植，powerlink源码提供了向上和向下的接口，屏蔽了用户空间和内核空间驱动调用接口。
上层应用程序调用源码向上的接口（EplApiLinuxUser.c）。
向下则匹配网络驱动。
为保证powerlink规范性，应该针对powerlink 提供向下的接口，修改或编写对于网络驱动的接口，使其对应。
另外，应用层应用程序也可在内核空间实现，即将所有实现全部在内核空间实现，这样就不需要内核空间与用户空间的一套接口，应用程序可直接调用协议栈在内核的操作。
但是，应用程序较大时会加大内核负担，而且若出现问题，在内核空间进行调试也比较困难。
1.2 用户空间Powerlink移植到用户空间，可与应用程序绑定，其各层程序如下图2.2所示。
图2.2 Powerlink在linux用户空间实现示意图采用了Libcap网络驱动库，底层网络只需通用驱动，即屏蔽了底层细节。
linux分层设计体系结构
linux分层设计体系结构Linux是一种开源的操作系统，其设计采用了分层的体系结构。
这种设计使得Linux具有高度的灵活性和可扩展性，同时也方便了系统的维护和管理。
本文将详细介绍Linux的分层设计体系结构。
在Linux的分层设计中，最底层是硬件层。
硬件层包括计算机的各种硬件设备，如处理器、内存、硬盘、网络接口等。
Linux通过设备驱动程序来管理和控制这些硬件设备，使其能够与操作系统进行交互。
在硬件层之上是内核层。
内核是操作系统的核心，负责管理系统的资源和提供各种系统服务。
Linux的内核是一个单独的模块，可以独立于其他软件进行开发和维护。
内核提供了各种系统调用接口，以及对进程、文件系统、网络和设备的管理和控制功能。
在内核层之上是库层。
库是一组共享的代码和函数，可以为应用程序提供常用的功能和服务。
Linux提供了许多不同的库，如C库、数学库、网络库等。
这些库可以被开发人员用来开发应用程序，提高开发效率和代码复用性。
在库层之上是应用层。
应用层包括各种应用程序和工具，如文本编辑器、图形界面、网络浏览器等。
这些应用程序可以通过系统调用接口与内核进行交互，并利用库提供的功能来实现各种任务和操作。
除了以上四个层次外，Linux还有其他一些重要的组件和模块。
例如，系统初始化和启动过程中，会加载引导程序和初始化程序；文件系统是用来组织和管理文件和目录的；网络协议栈是用来实现网络通信的；系统服务是用来提供各种系统功能和服务的。
这些组件和模块与其他层次之间相互关联，共同构成了Linux的完整体系结构。
Linux的分层设计体系结构具有许多优点。
首先，分层设计使得系统的各个组件和模块之间相互独立，可以分别进行开发、测试和维护，提高了开发和维护效率。
其次，分层设计使得系统的各个层次之间的接口清晰明确，方便了系统的扩展和升级。
此外，分层设计还提高了系统的稳定性和可靠性，一旦某个层次出现问题，不会对其他层次造成影响。
Linux的分层设计体系结构是一种高效、灵活和可扩展的设计方式。
Linux服务器集群系统――LVS(Linux Virtual Server)项目
背景当今计算机技术已进入以网络为中心的计算时期。
由于客户/服务器模型的简单性、易管理性和易维护性，客户/服务器计算模式在网上被大量采用。
在九十年代中期，万维网（World Wide Web）的出现以其简单操作方式将图文并茂的网上信息带给普通大众，Web也正在从一种内容发送机制成为一种服务平台，大量的服务和应用（如新闻服务、网上银行、电子商务等）都是围绕着Web进行。
这促进Internet用户剧烈增长和Internet流量爆炸式地增长，图1显示了1995至2000年与Internet连接主机数的变化情况，可见增长趋势较以往更迅猛。
Internet的飞速发展给网络带宽和服务器带来巨大的挑战。
从网络技术的发展来看，网络带宽的增长远高于处理器速度和内存访问速度的增长，如100M Ethernet、A TM、Gigabit Ethernet等不断地涌现，10Gigabit Ethernet即将就绪，在主干网上密集波分复用（DWDM）将成为宽带IP的主流技术[2,3]，Lucent已经推出在一根光纤跑800Gigabit的WaveStar?OLS800G 产品[4]。
所以，我们深信越来越多的瓶颈会出现在服务器端。
很多研究显示Gigabit Ethernet 在服务器上很难使得其吞吐率达到1Gb/s的原因是协议栈（TCP/IP）和操作系统的低效，以及处理器的低效，这需要对协议的处理方法、操作系统的调度和IO的处理作更深入的研究。
在高速网络上，重新设计单台服务器上的网络服务程序也是个重要课题。
比较热门的站点会吸引前所未有的访问流量，例如根据Yahoo的新闻发布，Yahoo已经每天发送6.25亿页面。
一些网络服务也收到巨额的流量，如American Online的Web Cache 系统每天处理50.2亿个用户访问Web的请求，每个请求的平均响应长度为5.5Kbytes。
与此同时，很多网络服务因为访问次数爆炸式地增长而不堪重负，不能及时处理用户的请求，导致用户进行长时间的等待，大大降低了服务质量。
linux分层设计体系结构
linux分层设计体系结构Linux分层设计体系结构是一种将Linux操作系统的各个组件和功能分层组织的方式，以实现模块化设计、可维护性和可扩展性。
以下是Linux分层设计体系结构的主要层级：1. 用户接口层：这是用户与Linux系统交互的界面层，包括Shell、命令行工具和图形用户界面。
用户通过这一层来执行操作系统的命令和访问系统资源。
2. 系统调用接口层：这一层提供给应用程序访问Linux内核所提供的功能的接口。
它包括一系列的系统调用（system call），应用程序可以通过这些系统调用来请求内核执行某些操作，例如文件操作、进程控制等。
3. 库函数层：这一层提供了一系列的函数库，供应用程序调用。
这些函数库封装了一些常用的操作，如字符串操作、文件操作、网络操作等。
应用程序通过调用这些函数库来实现特定的功能。
4. 内核层：这一层是操作系统的核心，负责管理和控制计算机的硬件资源，提供各种功能和服务。
Linux内核包含多个子系统，如进程管理、文件系统、网络协议栈、设备驱动等。
5. 设备驱动层：这一层负责与硬件设备进行交互，通过提供特定的接口和功能来控制和管理设备。
设备驱动层包括字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动等。
6. 硬件层：这一层是真实的物理硬件，包括处理器、内存、外设等。
硬件层由设备驱动来访问和控制。
通过将Linux系统划分为不同的层次，分层设计体系结构提供了一种模块化的方式来开发、维护和扩展Linux系统。
每个层级都有明确定义的职责和接口，不同层级之间的依赖关系也得到了良好的管理。
这种设计使得Linux系统更加灵活、可维护和可扩展。
操作系统中的网络协议栈及其实现
操作系统中的网络协议栈及其实现在当今的数字化时代，网络已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。
作为连接互联网的重要中介，操作系统扮演着一个重要的角色。
操作系统中的网络协议栈是实现网络通信的核心组件，本文将对操作系统中的网络协议栈及其实现进行探讨。
一、网络协议栈的作用和基本原理操作系统中的网络协议栈是一系列网络协议的集合，用于实现数据在网络中的传输和通信。
它通过网络接口设备与物理网络相连，负责数据封装、分组、路由和传输等一系列工作。
网络协议栈按照分层结构组织，通常包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等不同的层次。
1. 物理层物理层是网络协议栈的最底层，负责将数字数据转换为物理信号，并通过物理介质进行传输。
它关注的是物理连接、电气特性和传输速率等问题。
2. 数据链路层数据链路层建立在物理层之上，负责将数据分组组装为数据帧，并通过物理介质传输。
它包括逻辑链路控制、介质访问控制和数据帧的错误检测和纠正等功能。
3. 网络层网络层负责数据在网络中的路由选择和传输控制。
它提供了网络互联和数据包交换的功能，具有IP地址分配、路由表维护等重要功能。
4. 传输层传输层为应用程序提供了端到端的可靠通信服务。
它通过端口号标识应用程序，负责数据的分段、重组和流控制等工作。
5. 应用层应用层是网络协议栈的最高层，提供了各种网络应用程序的接口和服务。
它包括HTTP、FTP、DNS等协议，用于实现电子邮件、文件传输、域名解析等功能。
二、网络协议栈的实现方式操作系统中的网络协议栈可以通过不同的实现方式来实现，下面介绍两种常用的实现方式。
1. 单内核实现方式单内核实现方式是指将网络协议栈的各个层次直接嵌入到操作系统的内核中。
这种实现方式的优点是效率高，因为各个层次之间可以直接进行函数调用。
然而，缺点是网络协议栈与操作系统内核紧密耦合，不够灵活，对于协议的更新和扩展需要修改内核代码。
2. 用户态协议栈实现方式用户态协议栈实现方式是指将网络协议栈的各个层次实现为用户态的进程或线程。
基于Linux的嵌入式Web服务器网络协议栈的设计
据 缓冲 区． 数据 发送 时 ，ｋ ｂ ｆ 在 用 户 数 据通 过 Ｓ ｃ ｅ 接 口 向下 进 入协议处理层 时 分 配 ； 据 接 收 时 ～ｋ ｓ— ｕｆ ｏｋｔ 数
—
ｂ ｆ 由网络驱 动程 序 的接收 例程 产生 ．ｏ ｋ用 于 管理 数据 包 ， 同或 不 同的通 信 实例 ， ｕｆ ｓｃ 相 各对 应 一个 ｓ ｃ ｏ ｋ实
维普资讯
第 ３ 卷 第 ４期 ６
２０ ０ ８年 ７ 月
河 南 师 范 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ） Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｈｅ ａ ｒ ａ ｎｖ ｒ ｉ （ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｎＮｏ ｍ ｌＵ ｉ ｅｓ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ ｏ ｔ Ｓ
关 键 词 ： 入式 Ｗｅ 服务器 ；ｉ ｘ协议栈 嵌 ｂ Ｌｎ ； ｕ 中 图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标 识码 ： Ａ
嵌 入式 Ｗｅ ｂ服 务器 主要 用于 远程 监测 和控 制 ， 不 同于传 统 的 Ｗｅ 它 ｂ服务器 ， 件处 理器 能 力和 存 储 能 硬 力有 限 ， 因此操作 系统 等相 关 软件需 要进 行裁 减 以适应 嵌入 式环 境． 开源 代码 的操作 系统 Ｌｎ ｘ具有 强大 的 ｉｕ 网络 服务 功能 ， 支持 多种 网络接 口和 网络 协议 栈 ， 同时 具有 成 本低 、 能 稳定 、 性 扩充 能 力 强 等特 点 ， 为 嵌 入 成 式操 作系 统 的首 选 ． 目前 ， 于 Ｌｎ ｘ协议栈 的研 究成 为 一个 热 点 ， 对 ｉｕ 如文 献 ［ —３ 中主要 研 究 在 Ｌｎ ｘ原 网 １ ］ ｉｕ 络 系统 中添加新 协议 栈 的方 法 ， 以适 应 不 同应用 需求 ． 本文 结合 实 际研 制 的嵌 入式 Ｗｅ ｂ服 务 器应用 环 境 ， 针 对 Ｌ ｎ ｘ中原有 的 网络协议 栈 Ｔ Ｐ Ｉ ， 出了一 种裁减 方案 Ｓ Ｔ Ｐ Ｉ 简 协议栈 ， ｗｅ ｉｕ Ｃ ／Ｐ 提 — Ｃ ／ Ｐ精 使 ｂ服务 器 Ｌｎ ｘ ２ ６ １ ｉｕ ． ． １内核 为例进 行 了实现 ． — Ｐ Ｉ ＳＴＣ ／Ｐ是对 Ｌ ｎ ｘ网络 系统 的精 ｉｕ 简 ， 网络 系统嵌 入式 改造 提供 了一 种较简 单 的方法 ． 为
Linux内核对QoS的支持
本文描述了linux 2.4.x内核中对QoS支持的设计与实现，并且对缺省的数据包调度机制PFIFO 进行了详细的分析。
在传统的TCP/IP网络的路由器中，所有的IP数据包的传输都是采用FIFO（先进先出），尽最大努力传输的处理机制。
在早期网络数据量和关键业务数据不多的时候，并没有体现出非常大的缺点，路由器简单的把数据报丢弃来处理拥塞。
但是随着计算机网络的发展，数据量的急剧增长，以及多媒体，VOIP数据等对延时要求高的应用的增加。
路由器简单丢弃数据包的处理方法已经不再适合当前的网络。
单纯的增加网络带宽也不能从根本上解决问题。
所以网络的开发者们提出了服务质量的概念。
概括的说：就是针对各种不同需求，提供不同服务质量的网络服务功能。
提供QoS能力将是对未来IP网络的基本要求。
1．Linux内核对QoS的支持Linux内核网络协议栈从2.2.x开始，就实现了对服务质量的支持模块。
具体的代码位于net/sched/目录。
在Linux里面，对这个功能模块的称呼是Traffic Control ,简称TC。
首先我们了解一下Linux网络协议栈在没有TC模块时发送数据包的大致流程。
如图1。
注：上图的分层是按照Linux实现来画，并没有严格遵守OSI分层从上图可以看出，没有TC的情况下，每个数据包的发送都会调用dev_queue_xmit,然后判断是否需要向AF_PACKET协议支持体传递数据包内容，最后直接调用网卡驱动注册的发送函数把数据包发送出去。
发送数据包的机制就是本文开始讲到的FIFO机制。
一旦出现拥塞，协议栈只是尽自己最大的努力去调用网卡发送函数。
所以这种传统的处理方法存在着很大的弊端。
为了支持QoS，Linux的设计者在发送数据包的代码中加入了TC模块。
从而可以对数据包进行分类，管理，检测拥塞和处理拥塞。
为了避免和以前的代码冲突，并且让用户可以选择是否使用TC。
内核开发者在上图中的两个红色圆圈之间添加了TC模块。
LINUX内核网络协议栈
LINUX内核网络协议栈Linux内核网络协议栈是一个关键的软件组件，它实现了Linux操作系统的网络功能。
网络协议栈位于操作系统内核中，负责处理网络传输的各个层级。
Linux内核网络协议栈包括多个层级，从物理层到应用层。
每个层级都有特定的功能和协议。
下面是对每个层级的详细介绍：1.物理层：物理层是网络协议栈的最低层，负责传输数据的物理介质，如电缆、光纤等。
物理层由硬件设备支持，并通过设备驱动程序与内核进行通信。
2.数据链路层：数据链路层负责将数据转换为数据帧，并通过物理介质进行传输。
它包括两个子层：逻辑链路控制层和介质访问控制层。
逻辑链路控制层处理数据的流控制和错误检测，介质访问控制层则管理多个设备的访问冲突。
3.网络层：网络层处理数据包的路由和分组。
它使用IP协议进行路由和寻址，并通过路由表决定数据包的最佳路径。
网络层还可以处理一些附加功能，如分片和重新组装。
4.传输层：传输层负责在不同主机之间的进程之间提供可靠的数据传输。
它使用TCP协议和UDP协议来实现，TCP协议提供可靠的数据传输，而UDP协议提供不可靠但高效的传输。
5.会话层：会话层负责建立、管理和终止网络会话。
它处理会话标识符的生成和管理，并提供可靠的会话传输。
6.表示层：表示层负责数据的编码和解码，以确保数据在不同系统之间的互通。
它处理数据的格式、加密和压缩。
7.应用层：应用层是网络协议栈的最高层，提供用户与网络之间的接口。
它包括多个协议，如HTTP、FTP和SMTP，用于实现各种应用程序的网络功能。
Linux内核网络协议栈的功能包括数据传输、路由、安全、流量控制和错误检测。
内核通过各个层级的协议来实现这些功能。
内核还提供各种工具和接口，使用户可以配置网络设置、监控网络流量和诊断网络问题。
除了基本功能，Linux内核网络协议栈还支持各种高级功能，如多路复用、多队列和嵌入式系统。
它还可以通过加载额外的模块来支持特定的网络协议或功能。
linux操作系统的基本体系结构
linux操作系统的基本体系结构一、内核（Kernel）Linux操作系统的核心是内核，它负责管理系统资源、控制硬件设备、调度进程和提供基本的系统服务。
Linux内核采用单内核结构，包含了操作系统的大部分核心功能和驱动程序。
内核是操作系统的核心组件，它提供了操作系统运行所必须的基本功能。
Linux内核具有以下特点：1、多任务处理：Linux内核支持多任务处理，可以同时运行多个程序，并实现多个程序之间的切换和管理。
2、硬件管理：Linux内核负责管理硬件设备，与硬件设备交互，控制硬件设备的工作状态。
3、内存管理：Linux内核负责管理系统的内存，包括内存的分配、释放、映射和交换等操作。
4、文件系统：Linux内核支持多种文件系统，包括ext4、NTFS、FAT等，负责文件的读写、管理和保护。
5、进程管理：Linux内核管理系统进程，包括进程的创建、调度、挂起、唤醒和终止等操作。
6、网络通信：Linux内核支持网络通信功能，包括TCP/IP协议栈、网卡驱动等，实现网络数据传输和通信。
二、ShellShell是Linux操作系统的命令解释器，用户通过Shell与操作系统进行交互。
Shell接受用户的命令，并将其转换为对应的系统调用，最终由内核执行。
Linux系统中常用的Shell有Bash、Zsh等，用户可以根据自己的喜好选择不同的Shell。
Shell具有以下功能：1、命令解释：Shell接受用户输入的命令，并将其翻译为操作系统可以执行的命令。
2、执行程序：Shell可以执行各种程序、脚本和命令，包括系统工具、应用程序等。
3、环境控制：Shell可以设置环境变量、别名和路径等，帮助用户管理系统环境。
4、文件处理：Shell可以处理文件操作，包括创建、删除、复制、移动等。
5、脚本编程：Shell支持脚本编程，用户可以编写Shell脚本来自动执行一系列操作。
三、系统工具Linux操作系统提供了丰富的系统工具，帮助用户管理系统和执行各种任务。
mac80211分析
mac80211源码分析1.概述2.体系结构3.代码结构4.数据结构5.主要流程6.切换点7.主要函数8.速率控制1.1 概述•mac80211：是一个Linux内核子系统，是驱动开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架。
mac80211在内核空间实现STA模式，在用户空间实现AP模式（hostapd）。
•cfg80211：用于对无线设备进行配置管理，与FullMAC，mac80211和nl80211一起工作。
•nl80211：用于对无线设备进行配置管理，它是一个基本Netlink的用户态协议。
•MLME：即MAC (Media Access Control) Layer Management Entity，它管理物理层MAC状态机。
•SoftMAC：其MLME由软件实现，mac80211为SoftMAC实现提供了一个API。
即：SoftMAC设备允许对硬件执行更好地控制，允许用软件实现对 802.11的帧管理，包括解析和产生802.11无线帧。
目前大多数802.11设备为SoftMAC，而FullMAC设备较少。
•FullMAC：其MLME由硬件管理，当写FullMAC无线驱动时，不需要使用mac80211。
•wpa_supplicant：是用户空间一个应用程序，主要发起MLME命令，然后处理相关结果。
•hostpad：是用户空间一个应用程序，主要实现station接入认证管理。
1.2体系结构HOSTAPD:WPAD:图2-1 系统框架1.3 代码结构(/net/mac80211/)•ieee80211_i.h（主要数据结构）•main.c（主函数入口）•iface.c（虚拟接口处理）•key.c,key.h（密钥管理）•sta_info.c,sta_info.h（用户管理）•pm.c（功率管理）•rate.c,rate.h（速率控制函数）•rc80211*（速率控制算法）•rx.c（帧接收路径代码）•tx.c（帧发送路径代码）•scan.c（软件扫描代码）•mlme.c（station/managed模式MLME）•ibss.c（IBSS MLME）•cfg.c,cfg.h,wext.c（配置入口代码）•aes*,tkip*,wep*,michael*,wpa*（WPA/RSN/WEP代码）•wme.c,wme.h（QoS代码）•util.c（公共函数）1.4 数据结构ieee80211_local/ieee80211_hw•每个数据结构代表一个无线设备（ieee80211_hw嵌入到ieee80211_local）•ieee80211_hw是ieee80211_local在驱动中的可见部分•包含无线设备的所有操作信息sta_info/ieee80211_sta•代表每一个station•可能是mesh，IBSS，AP，WDS•ieee80211_sta是驱动可见部分ieee80211_conf•硬件配置•当前信道是最重要的字段•硬件特殊参数ieee80211_bss_conf•BSS配置•多BSSes类型（IBSS/AP/managed）•包含比如基础速率位图•per BSS parameters in case hardware supports creating/associ ating with multiple BSSesieee80211_key/ieee80211_key_conf•代表加密/解密密钥•ieee80211_key_conf提供给驱动用于硬件加速•ieee80211_key包含book-keeping和软件解密状态ieee80211_tx_info•大部分复杂数据结构•skb内部控制缓冲区(cb)•经历三个阶段：1、由mac80211初始化；2、由驱动使用；3、由发送状态通告使用ieee80211_rx_status•包含接收帧状态•驱动通过接收帧传给mac80211ieee80211_sub_if_data/ieee80211_vif•包含每个虚拟接口信息•ieee80211_vif is passed to driver for those virtual interfa ces the driver knows about (no monitor,VLAN)•包含的sub-structures取决于模式1.5 主要流程配置•所有发起来自用户空间（wext或者nl80211）•managed和IBSS模式：触发状态机（基于workqueue）•有些操作或多或少直接通过驱动传递（比如信道设置）接收路径•ieee80211_tasklet_handler,响应中断，在下半部tasklet处理数据，•通过函数ieee80211_rx()接收帧•调用ieee80211_rx_monitor()拷贝帧传递给所有监听接口•调用invoke_rx_handlers()处理帧•如果是数据帧，转换成802.3帧格式，传递给上层协议栈ieee80211_deliver_skb( rx.c中) netif_receive_skb上送网络。
linux系统层次结构
linux系统层次结构
Linux系统的层次结构可以分为以下几个主要层次:
1. 硬件层(Hardware Layer)
这是最底层,包括CPU、内存、硬盘、网卡等硬件设备。
2. 内核层(Kernel Layer)
Linux内核是操作系统的核心部分,负责管理硬件资源、调度进程、提供系统服务等。
常见的内核版本有Linux、FreeBSD、Solaris等。
3. 系统库层(System Libraries Layer)
系统库是应用程序和内核之间的接口,提供了常用的系统调用函数,如文件操作、进程管理、网络通信等。
常见的系统库有glibc、musl 等。
4. 系统工具层(System Utilities Layer)
系统工具是管理和维护操作系统的工具程序,如文件系统工具、网络工具、系统管理工具等。
常见的系统工具有bash、cron、systemd 等。
5. 服务层(Services Layer)
服务层包括各种系统服务,如Web服务(Apache、Nginx)、数据库服务(MySQL、PostgreSQL)、文件服务(Samba、NFS)等。
6. 桌面环境层(Desktop Environment Layer)
桌面环境提供了图形化的用户界面,方便用户与系统交互。
常见的桌面环境有GNOME、KDE、Xfce等。
7. 应用层(Application Layer)
应用层包括各种应用程序,如办公软件、浏览器、媒体播放器、游戏等。
Linux系统的层次结构由底层的硬件到上层的应用程序,每一层都扮演着重要的角色,相互协作为用户提供了完整的操作系统功能。
linux协议栈
Init_call_start以及init_call_end
Link script会把特定类型的段放在了特定位 置，vmlinxu_32_lds.S是内核的ld script， 在这个文件中定义了init_call_start以及 init_call_end 当编译内核的时候，它会把所有定义为 __init的函数放在以init_call_start开始， 以init_call_end结束的节中，这样 do_initcalls()就可以挨个调用实现定义好 的函数了 可以通过objdump –t vmlinux | grep install 查看
Link script
连接器有自己的一套语言规范，其目的是描述输入文件中 的section是如何被映射到输出文件中，并控制输出文件的 内存排列。 编译生成用户态执行的程序使用ld -verbose查看默认 script，它是内置在连接器中，ld就是使用这个缺省的 script去输出应用程序 而编译内核的时候，使用的是内核提供的script--arch/xxx/kernel/vmlinux_32.lds.S
IP Stack在Linux中的位置
由IP Stack所处的位置上看，它牵扯到内核中大部分模块，如果对其中没一 部分没有一定的了解的话，那么对IP Stack工作行为理解就会出现一些问题， 这个也是协议栈的难点
网络协议发展介绍
1 网络协议的优胜劣汰----无数的私有协议逐渐的消 失 2 IP协议的出现----被学校和军方发展壮大，形成协 议族TCP/IP 3 TCP/IP协议族----健壮、简单 4 蚕食其他网络市场份额--IPX
挂接ISR
ISR挂接过程： 1 驱动程序要首先正确的初始化 2 调用request_irq() 3 然后调用set_irq()，把申请的中断挂入相应的 中断链 4 handle_IRQ_event()就可以根据irq直接找到 handle
Linux内核bridge浅析
Linux内核bridge浅析Linux网桥模型：Linux内核通过一个虚拟的网桥设备来实现桥接的，这个设备可以绑定若干个以太网接口设备，从而将它们桥接起来。
如下图所示：网桥设备br0绑定了eth0和eth1。
对于网络协议栈的上层来说，只看得到br0，因为桥接是在数据链路层实现的，上层不需要关心桥接的细节。
于是协议栈上层需要发送的报文被送到br0，网桥设备的处理代码再来判断报文该被转发到eth0或是eth1，或者两者皆是；反过来，从eth0或从eth1接收到的报文被提交给网桥的处理代码，在这里会判断报文该转发、丢弃、或提交到协议栈上层。
而有时候eth0、eth1也可能会作为报文的源地址或目的地址，直接参与报文的发送与接收（从而绕过网桥）。
相关数据结构：其中最左边的net_device是一个代表网桥的虚拟设备结构，它关联了一个net_bridge结构，这是网桥设备所特有的数据结构。
在net_bridge结构中，port_list成员下挂一个链表，链表中的每一个节点（net_bridge_port结构）关联到一个真实的网口设备的net_device。
网口设备也通过其br_port指针做反向的关联（那么显然，一个网口最多只能同时被绑定到一个网桥）。
net_bridge结构中还维护了一个hash表，是用来处理地址学习的。
当网桥准备转发一个报文时，以报文的目的Mac地址为key，如果可以在hash表中索引到一个net_bridge_fdb_entry结构，通过这个结构能找到一个网口设备的net_device，于是报文就应该从这个网口转发出去；否则，报文将从所有网口转发。
网桥数据包的处理流程：接收过程：对于数据包的处理流程并没有明显的主线，主要就是根据内核代码中网桥部分的源码进行分析。
网口设备接收到的报文最终通过net_receive_skb函数被网络协议栈所接收。
这个函数主要做三件事情：1、如果有抓包程序需要skb，将skb复制给它们；2、处理桥接；3、将skb提交给网络层。
linux系统框架介绍
linux系统框架介绍Linux系统框架介绍Linux是一种开源的操作系统，其设计基于Unix操作系统，并且具有高度的可定制性和灵活性。
Linux系统的框架是其架构的基础，它定义了系统的组织结构和各个组件之间的关系。
在本文中，我们将对Linux系统的框架进行详细介绍。
Linux系统的框架可以分为五个主要部分：内核空间、系统调用接口、标准C库、Shell和应用程序。
1. 内核空间：Linux内核是操作系统的核心部分，它提供了各种基本功能，如进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等。
内核空间是内核代码运行的环境，只能被特权进程访问。
内核空间包含了多个子系统，每个子系统负责特定的功能，通过模块化的方式组织起来，使得内核具有高度的可扩展性和可定制性。
2. 系统调用接口：系统调用是用户程序与内核之间的接口，它允许用户程序访问内核提供的功能。
Linux系统提供了大量的系统调用，包括文件操作、进程管理、网络通信等。
用户程序通过调用系统调用接口来请求内核执行特定的操作，内核在接收到请求后执行相应的功能并返回结果。
3. 标准C库：标准C库是一组函数库，提供了一些常用的函数和工具，以帮助程序员开发应用程序。
标准C库提供了对C语言标准函数的封装和扩展，使得开发者可以更方便地编写应用程序。
在Linux系统中，常用的标准C库是GNU C库（glibc），它是一个功能强大的库，包含了大量的函数和工具。
4. Shell：Shell是Linux系统的命令行解释器，它允许用户通过输入命令来与系统交互。
Shell解释器接收用户输入的命令，并将其解释为相应的系统调用或应用程序。
Linux系统中常用的Shell解释器有Bash、Csh、Ksh等。
Shell提供了丰富的命令和功能，使得用户可以通过命令行方式完成各种任务。
5. 应用程序：应用程序是用户直接使用的软件，可以是系统自带的工具，也可以是用户自己开发的程序。
Linux系统提供了大量的应用程序，包括文本编辑器、图形界面工具、网络应用等。
Linux内核802.11无线网络协议栈的设计与实现
近十几年来 ，Ｌｎ ｘ ｉｕ …以其开放源代 码的特点伴随着互联 网的飞速发展取得 了前所未有 的成功。 ．版 本的 Ｌｎ ｘ内核 ２６ ｉｕ
（） ６完成 ８ ２１ 协议 中加密和解密 的软件实现 。 ０ ．１ Ｊ
２ Ｅ Ｅ ０ ． 协议栈的适用范围 Ｉ Ｅ ８２ １ １
Ｉ Ｅ ８２１ 作为 Ｌｎ ｘ内核标准的无线 网络协议栈 ，可 Ｅ Ｅ ０ ．１ ｉｕ 以支持工作在 Ｂ Ｓ Ｉ Ｓ Ｓ ，Ｂ Ｓ和 Ｍｏｉ ｒ ｎｔ 模式（ ｓ ｒ ｏ Ｍａｔ 模式 ，即无 ｅ
进行很好的支持 。其 中最突出的问题就表现在内核中没有一 个用于处理 Ｉ Ｅ ０ ．１报文 的通用的无线 网络协议栈。为 Ｅ Ｅ ８ ２１
了解决 以上 问题 以便为 Ｌｎ ｘ下无线网卡驱动程序的开发提 ｉｕ
种： １Ｆ ｌ Ｃ将所有的功能实现放入硬件 或固件种完成 ； （）ｕｌ ＭＡ
（）ｏｔ Ｃ 将所有实现放 入到主机 中的驱动程序和 操作系 ２Ｓ ｆ ＭＡ
供方便 ， 笔者以及相关人员设计并实现 了名为 ＩＥ ８ ２１ 的 Ｅ Ｅ ０ ．１ 无线网络协议栈（ｔ ：Ｉ Ｅ ８２１． ． ｔ。 ｈｔ ／Ｅ Ｅ ０ ．１ ｆ ｅ）经过半年左右时问 ｐ／ ｓｎ
的调试 和完善 ，Ｌｎ ｓＴ ｒａ ｓ ｉｕ ｏｖｌ 最终将其加入到 Ｌｎ ｘ２６１ ｄ ｉｕ ．． ４
Linux的Netfilter功能框架
文章编号:1005-3751(2002)02-0022-04 Linux的N etf ilter功能框架N etf ilter Function Frame of Linux厉海燕,李新明(装备指挥技术学院,北京怀柔101416)L I Hai2yan,L I Xin2ming(Inst.of Equipment Command and Technology,Huairou Bejing101416,China)摘 要:Netfilter是Linux2.4内核实现数据包过滤、数据包处理、NAT等的功能框架。
文章通过和ipchains进行比较分析了netfilter功能框架,并介绍了其配置工具iptable的用法。
关键词:Linux;Netfilter;防火墙;数据包ABSTRACT:Netfilter is a function frame for Linux2.4kernel to realize netfilter、packet mangling and NAT etc.This paper ana2 lyzes netfilter function frame conpared with ipchains and de2 scribes the usage of it’s configuration tool-iptable. KEYWOR DS:Linux;Netfilter;Firewall;Datagram中图分类号:TP312;TP393.08 文献标识码:A1 前 言在ipchains防火墙的使用过程中,人们越来越觉得它的使用方法应该简单些,核心代码中数据包的处理过程应该进行简化。
因此,一个既简洁又灵活的框架产生了,它就是netfilter。
netfilter是Linux2.4内核实现数据包过滤、数据包处理、NA T等的功能框架,它比以前任何一版Linux内核的防火墙子系统都要完善强大,它提供了一个抽象、通用化的框架。