SylixOS中netdev_pbuf_alloc函數(shù)分析

1.netdev_pbuf_alloc函數(shù)簡(jiǎn)介

netdev_pbuf_alloc是網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中的內(nèi)存申請(qǐng)函數(shù)，申請(qǐng)一塊緩沖區(qū)用于存放網(wǎng)絡(luò)報(bào)文數(shù)據(jù)。

2.pbuf結(jié)構(gòu)分析

netdev_pbuf_alloc函數(shù)以pbuf結(jié)構(gòu)申請(qǐng)內(nèi)存空間，如程序清單 2.1所示。

程序清單 2.1  pbuf結(jié)構(gòu)

struct pbuf {
    struct pbuf      *next;                                                                  
    void             *payload;
    u16_t            tot_len;
    u16_t            len;
    u8_t             type;
    u8_t             flags;
    u16_t            ref;
};

3.pbuf_alloc函數(shù)封裝

netdev_pbuf_alloc函數(shù)是pbuf_alloc函數(shù)的函數(shù)封裝，對(duì)外提供的函數(shù)接口只帶有一個(gè)參數(shù)用于指定申請(qǐng)的緩沖區(qū)大小。而pbuf_alloc函數(shù)有三個(gè)參數(shù)，分別是申請(qǐng)的pbuf數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否帶有偏移，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小及緩沖區(qū)類型。在netdev_pbuf_alloc函數(shù)中，申請(qǐng)的pbuf結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)偏移固定為0，緩沖區(qū)類型為PBUF_POOL。netdev_pbuf_alloc函數(shù)傳入的第二個(gè)參數(shù)緩沖區(qū)大小在調(diào)用pbuf_alloc函數(shù)申請(qǐng)pbuf結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)被增加一個(gè)reserve長(zhǎng)度，用于協(xié)議棧中的部分特殊操作。

3.1 pbuf_alloc函數(shù)第一個(gè)參數(shù)分析

在網(wǎng)絡(luò)中通信的數(shù)據(jù)報(bào)文，除了真正的數(shù)據(jù)段外，還包括了TCP/IP各層協(xié)議的報(bào)文頭。如用戶有特殊需求，要在應(yīng)用層構(gòu)建報(bào)文并直接通過網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)發(fā)送，則需要申請(qǐng)pbuf結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)帶有各層偏移，如程序清單 3.1所示。

程序清單 3.1  pbuf_alloc第一個(gè)參數(shù)分析

typedef enum {
  PBUF_TRANSPORT,                                        /*  傳輸層報(bào)文頭偏移          */
  PBUF_IP,                                               /*  IP層報(bào)文頭偏移           */
  PBUF_LINK,                                             /*  鏈路層報(bào)文頭偏移         */
  PBUF_RAW_TX,                                           /*  封裝鏈路層偏移           */
  PBUF_RAW                                               /*  無偏移                 */
} pbuf_layer;

3.2 pbuf_alloc函數(shù)第三個(gè)參數(shù)分析

申請(qǐng)pbuf結(jié)構(gòu)需要指定pbuf類型，原因是不同類型的pbuf申請(qǐng)內(nèi)存的方式不同，如程序清單 3.2所示。

程序清單 3.2  pbuf_alloc第三個(gè)參數(shù)分析

typedef enum {
  PBUF_RAM,                                                 /*  內(nèi)存堆分配             */
  PBUF_ROM,                                                 /*  指向ROM空間內(nèi)數(shù)據(jù)      */
  PBUF_REF,                                                 /*  指向RAM空間內(nèi)數(shù)據(jù)      */
  PBUF_POOL                                                 /*  內(nèi)存池分配             */
} pbuf_type;

PBUF_RAM類型的pbuf主要通過內(nèi)存堆分配得到，協(xié)議棧劃分了一塊空間用于申請(qǐng)PBUF_RAM類型的pbuf，劃分的空間大小通過“l(fā)ibsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_MEM_SIZE”宏配置。

PBUF_REF和PBUF_ROM類型的pbuf基本相同，前者指向ROM空間內(nèi)的某段數(shù)據(jù)，而后者指向RAM空間內(nèi)的某段數(shù)據(jù)。PBUF_REF和PBUF_ROM類型的pbuf通過“l(fā)ibsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_NUM_PBUFS”宏配置在內(nèi)存池中預(yù)分配pbuf的最大數(shù)量。

PBUF_POOL類型的pbuf通過內(nèi)存池分配，這種類型的pbuf可以在極短時(shí)間內(nèi)得到分配，在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用這種方式。協(xié)議棧會(huì)在內(nèi)存池中預(yù)先分配適當(dāng)數(shù)量和大小的內(nèi)存空間，通過“l(fā)ibsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_POOL_SIZE和LW_CFG_LWIP_NUM_POOLS”宏配置。

3.3 PBUF_POOL類型pbuf申請(qǐng)流程

netdev_pbuf_alloc函數(shù)申請(qǐng)PBUF_POOL類型pbuf，若申請(qǐng)的緩沖區(qū)大于PBUF_POOL池中單個(gè)pbuf緩沖區(qū)長(zhǎng)度，系統(tǒng)會(huì)分配多個(gè)固定大小的PBUF_POOL類型pbuf，并把這些pbuf鏈成一個(gè)鏈表，以滿足用戶的分配空間請(qǐng)求，如圖 3.1所示。

圖 3.1  PBUF_POOL類型pbuf申請(qǐng)流程

4.實(shí)際應(yīng)用

網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)收到數(shù)據(jù)后，會(huì)調(diào)用netdev_pbuf_alloc函數(shù)申請(qǐng)pbuf結(jié)構(gòu)，并將數(shù)據(jù)拷貝至pbuf。當(dāng)有大量數(shù)據(jù)被網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)接收時(shí)，可能會(huì)造成申請(qǐng)pbuf結(jié)構(gòu)失敗，原因是系統(tǒng)預(yù)分配的內(nèi)存池中的pbuf結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部被申請(qǐng)，還未被釋放?？梢試L試通過“l(fā)ibsylixos/SylixOS/config/net/net_perf_cfg.h”中的“LW_CFG_LWIP_POOL_SIZE和LW_CFG_LWIP_NUM_POOLS”宏配置增大pbuf緩沖區(qū)大小和數(shù)量解決pbuf結(jié)構(gòu)申請(qǐng)失敗問題。