在inet_peer/tcp_metrics_hash中记录通往一个IP地址的链路状况历史的metrics信息

时间:2021-08-11 13:38:40
我需要在内核中记录一张标识IP层二元组(源IP/目标IP)流的流表!要这个干什么呢?因为我需要记录一条端到端路径的链路状况,比如TCP的拥塞窗口设置到哪里合适,比如RTT的波动范围,如此等等。这些信息非常重要,它可以指导当这条路径再次发生TCP连接的时候,TCP的拥塞参数如何配置,这些信息也是大数据机器学习的重要数据。
然而,这条路径可信吗?不是很可信!因为很多运营商都在Last Mile做了NAT,对于一个服务器而言,看到的一个源IP可能背后隐藏着一个不小的网络,该源IP实际上代理了很多的真实源IP。
        但是不管怎样,权衡记录传输层五元组流表所消耗的空间以及以此获得的收益,我还是选择IP二元组吧,虽然我知道,NAT的副作用不可小觑,但是你考虑过五元组nf_conntrack的开销吗?这玩意儿饱受诟病。
        在Linux内核协议栈里,有没有一个现成的地方标识一个IP层的二元组流呢?
        我的意思是说,是否存在一个cache,这个cache不是必须的,它仅仅可以提高效率,即便没有它也无所谓,有的话则更好。如果有这样的cache的话,把IP二元组设置进去,开销几乎为0!
        唯一的开销就是空间开销,然而你要知道,空间就是宇宙,而时间则转瞬即逝,哪个更难以触及?!
        有这样的cache,是什么呢?是路由cache!以2.6.32版本内核为例,路由cache项记录了一个标准的二元组,它记如下:
struct rtable{
union
{
struct dst_entry dst;
} u;
...
// 以下为记录二元组的信息
__be32 rt_dst; /* Path destination */
__be32 rt_src; /* Path source */
int rt_iif;

/* Info on neighbour */
__be32 rt_gateway;

/* Miscellaneous cached information */
__be32 rt_spec_dst; /* RFC1122 specific destination */
// peer很重要!
struct inet_peer *peer; /* long-living peer info */
};

注意这个peer字段,很重要!peer结构体记如下:
struct inet_peer{    /* group together avl_left,avl_right,v4daddr to speedup lookups */    struct inet_peer    *avl_left, *avl_right;    __be32            v4daddr;    /* peer's address */    __u16            avl_height;    __u16            ip_id_count;    /* IP ID for the next packet */    struct list_head    unused;    __u32            dtime;        /* the time of last use of not                         * referenced entries */    atomic_t        refcnt;    atomic_t        rid;        /* Frag reception counter */    __u32            tcp_ts;    unsigned long        tcp_ts_stamp;};

已经初见雏形了,peer里面记录了一些关于tcp的描述信息,这个可以指导TCP进行拥塞控制。我需要在peer结构体里面添加诸如init_cwnd,RTT,ssthresh之类的就好了,这些信息从哪来?从上次的连接中来,或者从所有之前的连接数据的移动指数平均而来!
        在建立或者接受连接的时候,甚至在每次发送数据包的时候,都需要查找路由,然后在命中路由cache的时候,自然而然就取到了peer字段,然后就可以用peer字段里面的数据指导TCP连接了,可以说,这个数据仅仅对TCP初始拥塞控制参数有效,其后的数据还是在本连接内学习为好。
        黄鹤一去不复返,白云千载空悠悠...
        路由cache在3.5之后被去除了,因此rtable也就和peer脱了钩,3.10内核的rtable记如下:
struct rtable {    struct dst_entry    dst;    int            rt_genid;    unsigned int        rt_flags;    __u16            rt_type;    __u8            rt_is_input;    __u8            rt_uses_gateway;    int            rt_iif;    /* Info on neighbour */    __be32            rt_gateway;    /* Miscellaneous cached information */    u32            rt_pmtu;    struct list_head    rt_uncached;};

这是一个噩耗还是一个福音??
        我觉得这是一个福音!
        inet_peer从此变成了一个独立的东西,随用随取,取到则用,取不到则罢。inet_getpeer接口非常好用,它完成以下措施:
1.如果二元组不存在,可以创建;
2.如果二元组存在,则立即取到。
这就是说,你可以调用唯一的这个接口完成查询,创建操作,至于销毁,完全靠系统的一个定时器来负责,完全不用用户操心。在认同了inet_peer框架带来的福音之后,我们再来看inet_peer结构体与2.6.32内核的不同:
struct inet_peer {    /* group together avl_left,avl_right,v4daddr to speedup lookups */    struct inet_peer __rcu    *avl_left, *avl_right;    struct inetpeer_addr    daddr;    __u32            avl_height;    // 此为关键!    u32            metrics[RTAX_MAX];    u32            rate_tokens;    /* rate limiting for ICMP */    unsigned long        rate_last;    union {        struct list_head    gc_list;        struct rcu_head     gc_rcu;    };    /*     * Once inet_peer is queued for deletion (refcnt == -1), following fields     * are not available: rid, ip_id_count     * We can share memory with rcu_head to help keep inet_peer small.     */    union {        struct {            atomic_t            rid;        /* Frag reception counter */            atomic_t            ip_id_count;    /* IP ID for the next packet */        };        struct rcu_head         rcu;        struct inet_peer    *gc_next;    };    /* following fields might be frequently dirtied */    __u32            dtime;    /* the time of last use of not referenced entries */    atomic_t        refcnt;};

注意metrics字段!看看RTAX_MAX即可:
enum {    RTAX_UNSPEC,#define RTAX_UNSPEC RTAX_UNSPEC    RTAX_LOCK,#define RTAX_LOCK RTAX_LOCK    RTAX_MTU,#define RTAX_MTU RTAX_MTU    RTAX_WINDOW,#define RTAX_WINDOW RTAX_WINDOW    RTAX_RTT,#define RTAX_RTT RTAX_RTT    RTAX_RTTVAR,#define RTAX_RTTVAR RTAX_RTTVAR    RTAX_SSTHRESH,#define RTAX_SSTHRESH RTAX_SSTHRESH    RTAX_CWND,#define RTAX_CWND RTAX_CWND    RTAX_ADVMSS,#define RTAX_ADVMSS RTAX_ADVMSS    RTAX_REORDERING,#define RTAX_REORDERING RTAX_REORDERING    RTAX_HOPLIMIT,#define RTAX_HOPLIMIT RTAX_HOPLIMIT    RTAX_INITCWND,#define RTAX_INITCWND RTAX_INITCWND    RTAX_FEATURES,#define RTAX_FEATURES RTAX_FEATURES    RTAX_RTO_MIN,#define RTAX_RTO_MIN RTAX_RTO_MIN    RTAX_INITRWND,#define RTAX_INITRWND RTAX_INITRWND    __RTAX_MAX};#define RTAX_MAX (__RTAX_MAX - 1)

几乎涵盖了大多数的TCP拥塞控制参数,这简直是荒漠甘泉!然而,然而我发现这个inet_peer框架几乎没有被调用的地方。这又是为何?这又一次在逼我重新造*吗?...从中,我看到了社区里面的点滴,inet_peer结构体依然存在,只是不再用它了,作为替代,作为替代一定有新的东西完成inet_peer的功能并且甚之!
        不同于inet_peer,在既有的3.10内核中,tcp_metrics_hash占据了主角,仔细看看这个架构,感觉还是比inet_peer好,比之更加正式。这个接口是靠以下两个维护的:
tcp_get_metrics
tcp_update_metrics
这个metrics框架也是一个类似inet_peer一样全局的信息记录,但是功能跟inet_peer有些重复。在TCP连接初始之时,调用tcp_get_metrics获取TCP拥塞参数,然后在TCP连接结束的时候,会调用tcp_update_metrics来更新metrics,这个貌似更加合理。

        如果我事先知道了有tcp_metrics_hash框架,我还会大动干戈去修改inet_peer框架吗?我干过太多类似这样事情,我是个傻逼。