c - Linux 内核如何处理 TCP/IP 堆栈上的结构填充？

Question

我对内核的socket buffer系统比较熟悉，查了很多也没有找到内核是如何处理struct padding的问题的。内核如何打包传出 TCP/IP 数据包的字节，以便在不同平台上运行的代码可以理解它？

当从一台机器向另一台机器发送数据时，我知道您不能按原样发送结构。然而，这正是 Linux 内核中的代码正在发生的事情。我错过了什么？

Answer 1

由于您没有提到具体的代码，所以我只能泛泛而谈。

I searched a lot but I've been unable to find how the kernel handles the problem of struct padding.

GCC 提供了确保结构成员之间没有填充的机制。一种这样的机制是 packed 属性。通过这种方式，您可以定义一个结构并确切知道该结构的内存布局。

How does the kernel pack the bytes of the outgoing TCP/IP packet so that code running on a different platform can make sense of it?

TCP/IP 定义了 TCP 和 IP header 的内存布局。您可以找到有关它们的信息 here .

When sending data from one machine to another, I know you can't just send your structs as is.

实际上你可以，你只需要非常小心你如何做，Linux 基本上就是这样。由于某些原因，仅通过 TCP 套接字将结构 say 发送到具有相同结构定义的另一个程序是危险的。采用以下结构:

struct my_struct {
    uint32 foo;
    uint64 bar;
}

人们说你不应该只发送一个结构的一个原因是这个结构的内存布局在不同的机器或不同的编译器上可能不同。例如，在 32 位机器上可能没有任何填充，在 64 位机器上它们可能是 foo 和 bar 之间的 32 位填充。我使用像可能 和可能 这样的词是因为编译器没有被迫添加填充；它只是它可能做的优化。即使机器都是 64 位的，如果您使用不同的编译器，您也会得到不同的结果，因为不同的编译器可能会添加或不添加填充。还有endianness的问题，所以如果你在一台小端机器上，你应该转换为大端，因为这是指定的网络字节顺序。另一个要考虑的问题是，某些类型将具有不同的大小，这同样取决于编译器和体系结构，而我的示例没有考虑到这一点。因此，例如 size_t 在 32 位机器上可能是 32 位，在 64 位机器上可能是 64 位。因此，不同机器上的相同代码将产生不同大小的结构。但是，如果您使用具有特定位宽的类型(如我的示例所示)，则这不是问题。

现在，如果您解决了 Linux 内核所做的所有问题，那么您可以只发送一个结构。

有关为什么通常通过 TCP 发送结构不是一个好主意的更多信息 this SO question可能有用。正如目前的最佳答案所述，有三个主要原因(与我在此处概述的相同)，但如果你照顾好它们，这是可能的。虽然在某些时候对于用户空间程序来说这可能不是一个好的做法，但某些事情必须这样做，因为 TCP 数据包等事物具有特定的字段要求。