Linux TCP/IP协议栈的通用编码模式

转自：http://blog.chinaunix.net/u/26185/showart_475934.html
和其他内核功能一样，每个网络功能都是内核成员中的一个。因此，它必须合理且公平的使用内存,
CPU和其他共享资源。绝大多数功能并非内核中一段独立的程序，而是根据该功能而或多或少的与内核中其他部分相互影响。因此它们总是试图，尽可能的，使用
类似的体系结构来实现类似的功能。
对许多内核组件来说有些需求是通用的，比如为同一数据结构分配好几个实例，或者跟踪一个数据结构的参考以避免不安全的内存重分配，等等。下面我们来看linux解决这些需求的一些通用的方法。我们也会谈到在查看内核编码时可能遇到的通用的编码技巧。
1.缓存
内核使用kmalloc和kfree来分配和释放内存。这两个函数的使用方法和用户空间的函数 malloc 和free的使用方法类似.
一个内核组件通常需要分配一个数据结构的多个实例。如果分配和释放频繁发生，相关内核组件的初始化函数(比如路由子系统中的fib_hash_init函数)通常会分配一个特殊的内存缓存以加速内存分配。当一个内存块释放时，它会被返回给与分配时相同的内存缓存。
以下是一些需要内核来维护内存缓存的网络数据结构：
Socket buffer descriptors
这个缓存，由net/core/sk_buff.c中的skb_init分配，它用于分配sk_buff结构。sk_buff结构可能是网络子系统中分配和释放频率最高的数据结构。
Neighboring protocol mappings
邻居协议使用内存缓存来分配neighbour结构，这个结构保存L3到L2的地址映射关系。
Routing tables
路由代码使用两个内存缓存来分配两种数据结构，这两种数据结构定义了路由表。
以下是使用内存缓存时会用到的一些函数：
kmem_cache_create
kmem_cache_destroy
建立或销毁缓存 .
kmem_cache_alloc
kmem_cache_free
从内存缓存中分配或释放一个对象。它们通常会在一个包装函数中被调用，这个包装函数在更高的层次上处理分配和释放的请
求。比如：kfree_skb函数处理释放sk_buff的请求，但是只有在所有对此结构的引用释放之后并且相关的子系统（比如，防火墙）已执行了清除操
作之后，才调用kmem_cache_free释放这个sk_buff。
从一个给定的内存缓存中能够分配多少个实例的数量限制通常在kmem_cache_alloc的包装函数中指定，但是有时也可以通过/proc文件系统中的参数来调整。
2. 缓存和哈希表
使用缓存来提升性能的技巧很常见。在网络代码中，有L3到L2映射的缓存(比如IPV4中的ARP缓存)，路由表缓存，等