LwIP TCP/IP協(xié)議棧的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_中文譯稿（共42頁pdf下載）

ID:437008 · 發(fā)表于 2018-12-1 11:13

最近開發(fā)需要使用LwIP協(xié)議，搜集到了[瑞典]Adam Dunkels著的書籍，發(fā)現(xiàn)有中文翻譯版，分享一波。

LwIP 是 TCP/IP 協(xié)議棧的一個實(shí)現(xiàn)。它的目的是減少內(nèi)存使用率和代碼大小，使 LwIP 適用于資源受限系統(tǒng)比如嵌入式系統(tǒng)。為了減少處理和內(nèi)存需求，LwIP 使用不需要任何數(shù)據(jù)復(fù)制的經(jīng)過裁剪的 API。
本文描述了 LwIP 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。描述了在協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)中以及像內(nèi)存與緩沖管理這樣的子系統(tǒng)中使用的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文還包括 LwIP 的參考手冊以及使用 LwIP 的代碼例子。

圖 2 所示的pbuf 是一個被鏈接的 pbuf例子，在這個 pbuf 鏈中第一個 pbuf是 PBUF RAM 類型，第二個是 PBUF ROM 類型，這意味著它所擁有的數(shù)據(jù)存儲在 pbuf子系統(tǒng)不能管理的存儲區(qū)：

圖 2 一個PBUF RAM類型的 pbuf鏈接了一個數(shù)據(jù)存儲在外部存儲區(qū)的PBUF ROM類型的pbuf

第三種 pbuf類型，PBUF POOL，圖 3 所示，它由分配自固定大小的 pbufs池里的固定大小的 pbufs組成。一個 pbuf鏈可以由 pbufs 的不同類型組成。

這三種類型擁有不同的使用目的。PBUF POOL 主要用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動層，因?yàn)榉峙湟粋€ pbuf 的操作可以快速完成，所以非常適合用于中斷處理。PBUF ROM 類型的 pbufs 用于應(yīng)用程序要發(fā)送的數(shù)據(jù)放置在應(yīng)用程序管理的存儲區(qū)的情況。在 pbuf已經(jīng)移交給 TCP/IP 協(xié)議棧后，這些數(shù)據(jù)是不能被編輯修改的，因此這種 pbuf 類型主要用于數(shù)據(jù)被放置在 ROM 中的情況（因此名字是 PBUF ROM）。為 PBUF ROM 類型的pbuf 數(shù)據(jù)預(yù)置的包頭存儲在一個 PBUF RAM 類型的 pbuf中，這個 pbuf 被鏈接到這個 PBUF ROM 類型的pbuf 前面，如圖 2 所示。
PBUF RAM類型的pbuf還用于應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)被動態(tài)生成的情況。在這種情況下。
pbuf 系統(tǒng)不僅為應(yīng)用數(shù)據(jù)分配內(nèi)存，還要給為這些數(shù)據(jù)預(yù)置的包頭分配內(nèi)存，見圖 1。pbuf系統(tǒng)不可能預(yù)先知道為這些數(shù)據(jù)預(yù)置什么樣的包頭，因而考慮最壞的情況。包頭大小在編譯時是可配置的。其實(shí)，收到的 pbufs是 PBUF POOL 類型，發(fā)送出的 pbufs是 PBUF ROM 或 PBUF RAM類型。

pbuf 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參見圖 1 到圖3。pbuf結(jié)構(gòu)包括兩個指針，兩個長度字段，一個標(biāo)志字段和一個引用計(jì)數(shù)（reference count）。next 字段是一個指向 pbuf 鏈中下一個 pbuf 的指針。payload 指針指向 pbuf 中數(shù)據(jù)的開始位置。len 字段包含 pbuf中數(shù)據(jù)內(nèi)容的長度。tot_len 字段包含當(dāng)前 pbuf 的長度與在這個 pbuf 鏈中隨后的所有 pbufs 的 len 字段之和。換句話說，tot_len 字段是 len 字段與 pbuf 鏈中隨后一個 pbuf 的 tot_len 字段的和。flags 字段標(biāo)識 pbuf的類型，ref字段包含一個引用計(jì)數(shù)。next 和payload 字段是本地指針，它們占用的字節(jié)數(shù)與所使用的處理器架構(gòu)有關(guān)。兩個長度字段為 16 位無符號整形，flags 和 ref 字段是 4 位寬。pbuf 結(jié)構(gòu)的實(shí)際大小與所使用的處理器架構(gòu)下的指針大小及最小對齊方式有關(guān)。在 32 位指針及 4 字節(jié)對齊的架構(gòu)里，pbuf 的大小為 16 個字節(jié)長，在 16 位指針及 1 字節(jié)對齊的架構(gòu)里，pbuf 為9 個字節(jié)長。 pbuf 模塊提供了操作 pbufs 的函數(shù)。分配一個 pbuf 使用 pbuf_alloc()函數(shù)，該函數(shù)能夠分配上面描述的三種類型中的任一類型 pbufs。pbuf_ref()函數(shù)增加引用計(jì)數(shù)。回收 pbuf 使用pbuf_free()函數(shù)，該函數(shù)首先要減少 pbuf 索引計(jì)數(shù)（reference count）。如果引用計(jì)數(shù)已經(jīng)減為 0，這個 pbuf 被回收。pbuf_realloc()函數(shù)可以收縮 pbuf 大小，以恰好夠用的內(nèi)存封裝數(shù)據(jù)。pbuf_header()函數(shù)調(diào)整 payload 指針和長度字段以便為 pbuf 中的數(shù)據(jù)預(yù)置包頭。pbuf_chain()與 pbuf_dechain()函數(shù)用于鏈接 pbufs。

6．2 內(nèi)存管理
內(nèi)存管理模塊支撐的 pbuf 機(jī)制很簡單。它負(fù)責(zé)處理內(nèi)存連續(xù)區(qū)域的分配和回收以及收縮已分配內(nèi)存塊的大小。內(nèi)存管理模塊使用系統(tǒng)內(nèi)存的一部分作為自己的專用區(qū)域，這確保了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不會使用系統(tǒng)中所有可用內(nèi)存，即使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用了所有自己的內(nèi)存，也不會擾亂其它程序的操作。
在內(nèi)部，內(nèi)存管理模塊通過在每一個內(nèi)存分配塊的頂部放置一個比較小的結(jié)構(gòu)體來保存內(nèi)存分配紀(jì)錄。這個結(jié)構(gòu)體擁有三個成員變量，兩個指針一個標(biāo)志，見圖 4。next 與 prev分別指向內(nèi)存的下一個和上一個分配塊，used標(biāo)志標(biāo)示該內(nèi)存塊是否已被分配。

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ID:18591 · 發(fā)表于 2019-1-31 18:39

感謝!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

ID:320935 · 發(fā)表于 2019-2-14 12:51

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ID:328121 · 發(fā)表于 2019-2-15 08:34

謝謝分享！！！

ID:513219 · 發(fā)表于 2019-5-14 19:29

謝謝分享，。。。。

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