《TCP/IP详解卷2：实现》笔记--BPF：BSD 分组过滤程序

BPF维护一个链表，包含所有支持BPF的网络接口，每个接口都有一个bpf_if结构描述，全局指针bpf_iflist指向表中的第一个

结构，下图给出了BPF接口结构。

bif_next指向链表中的下一个BPF接口结构。

bif_dlist指向另一个链表，包括所有已打开并配置过的BPF设备。

如果某个网络接口已配置了BPF设备，即被加上了开关，则bif_driverp为空。为某个网络接口配置BPF设备是时，*bif_driverp

将指向bif_if结构，从而告诉接口可以开始向BPF传递分组。

接口类型保存在bif_dlt中。下图列出了几个接口所对应的常量值。

下图给出了每个输入分组中附加的bpf_hdr结构。

bh_tstamp记录了分组被捕捉的时间。bh_caplen等于BPF保存的字节数，bh_datalen等于原始分组中的字节数。bh_headlen

等于bpf_hdr的大小加上所需填充字节的长度。它用于解释从BPF设备中读取的分组，应该等同于接收接口的bif_hdrlen。

BPF接收的所有分组都有一个附加的BPF首部。bif_hdrlen等于首部大小，最后，bif_ifp指向对应接口的ifnet结构。

下图给出了 bpf_if结构是如何与ifnet结构建立连接的。

注意：bif_driverp指向网络接口的if_bpf和sc_bpf指针，而不是接口结构。

按照各接口驱动程序调用bpfattach时给出的信息，对3个接口初始化链路类型和首部长度成员变量。每个设备驱动程序初始化

调用bpfattach时，将构建BPF接口结构链表。该函数的大概处理流程如下:

1.为bpf_if创建空间。

2.初始化bpf_if结构。

3.计算BPF首部大小。下图列出了前述3种接口上，各自捕捉到的BPF分组的总体结构。

4.初始化bpf_dtab表。

5.打印控制台信息。

为了能够选择性地接收输入报文，应用程序首先打开一个BPF设备，调用若干ictl命令规定BPF过滤程序的条件，指明接口、

读缓存大小和超时时限。每个BPF设备都有一个相关的bpf_d结构，如下图所示。

如果同一个网络接口上配置了多个BPF设备，与之相应的bpf_d结构将组成一个链表。bd_next指向链表中的下一个结构。

分组缓存：

每个bpf_d结构都有两个分组缓存，输入分组通常保存在bd_sbuf(存储缓存)所对应的缓存中，另一个缓存要么对应于bd_fbuf

(空闲缓存)，意味着缓存为空，或者对应于bd_hbuf(暂留缓存)，意味着缓存中有分组等待应用进程读取，bd_slen和bd_hlen

分别就了保存在存储缓存和暂留缓存中的字节数。

如果存储缓存已满，它将被连接到bd_hbuf，而空闲缓存将被连接到bd_sbuf。当暂留缓存清空时，它被连接到bd_fbuf。

bd_bufsize记录与设备相连的两个缓存的大小，其默认值等于4096字节。

bd_bif指向BPF设备对应的bpf_if结构。

bd_rtout是等待分组时，延迟的滴答数。

bd_filter指向BPF设备的过滤程序代码。

两个统计值，应用进程可通过BIOGSTATS读取，分别保存在bd_rcount和bd_dcount中。

bd_promisc通过BIOCPROMISC命令置位，从而使接口工作在混杂状态。

bd_state未使用。

bd_immediate通过BIOCIMMEDIATE命令置位，促使驱动程序收到分组后即返回，不在等待暂留缓存填满。

bd_pad填充bpf_d结构，从而与长字节边界对齐。

bd_sel保存的selinfo结构，可用于select系统调用。

应用进程调用open，视图打开一个BPF设备时，该调用将被转到bpfopen，该函数用于分配bpf_d结构。

设备打开后，可通过ioctl命令进行配置，下图总结了与BPF设备有关的ioctl命令。

下图给出了打开第二个BPF设备，并连接到同一个以太网网络接口后的各结构变量的状态。
连接到以太网接口的BPF设备：

连接到以太网接口的两个BPF设备：

第二个BPF设备打开时，在bpf_dtab表中分配一个新的dpf_d结构。

2.3.bpf_setif函数

bpf_setif函数，负责建立BPF描述符与网络接口间的连接，大概流程如下：
1.寻找匹配的ifnet结构。
2.连接bpf_d结构。

2.4.bpf_attachd函数

该函数建立起BPF描述符与BPF设备和网络接口间的对应关系。
 

3.BPF输入

一旦BPF设备打开并配置完成，应用进程就通过read系统调用从接口中接收分组。BPF过滤程序复制输入分组，因此不会
干扰正常的网络处理。输入分组保存在于BPF设备连接的存储缓存和暂留缓存中。

3.1.bpf_tap函数

下面列出了LANCE设备驱动程序调用bpf_tap的代码：
bpf_tap(le->sc_if.if_bpf, buf, len + sizeof(struct ether_header));
在该函数中，for循环遍历连接到的网络接口的BPF设备链表。对于每个设备，分组被递交给bpf_filter。如果过滤程序接受了
分组，它返回捕捉的字节数，并调用catchpacket复制分组。如果过滤程序拒绝了分组，长度等于0，循环继续。

3.2.catchpacket函数

该函数的大概处理流程如下：
1.判断分组是否放入缓存。如果空闲缓存可用，则轮转缓存，并通过bpf_wakeup唤醒所有等待输入数据的应用程序。
2.立即方式处理。如果设备处于立即方式，则唤醒所有等待进程以处理进入分组--内核中没有分组的缓存。
3.添加BPF首部。

3.3.bpfread函数

内核把针对BPF设备的read转交给bpfread处理。该函数的大概处理流程如下：
1.等待数据。因为多个应用进程能够从同一个BPF设备中读取数据，如果有某个进程已先读取了数据，while循环将强迫读
操作继续。如果暂留缓存中存在数据，循环被跳过。这与两个应用进程通过两个不同的BPF设备过滤同一个网络接口的情况
是不同的。
2.立即方式。如果设备处于立即方式，且存储缓存中有数据，则轮回缓存，while循环被终止。
3.无可用的分组。如果设备不处于立即方式，或者存储缓存中没有数据，则应用程序进入休眠状态，直到某个信号到达。
4.查看暂留缓存。如果定时器超时，且暂留缓存中存在数据，则循环终止。
5.查看存储缓存。如果定时器超时，且存储缓存中没有数据，则read返回0.应用进程执行限时读取时，必须考虑到这种情况。
如果定时器超时，且存储缓存中存在数据，则把存储缓存转给暂留缓存，循环终止。
6.分组可用。从暂留缓存中移出相应的字节，交给应用程序，把暂留缓存转给空闲缓存，清除缓存计数器，函数返回。