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因本人不再做技术，
这个blog将不再连载技术文章，
只作为心情点滴的记录，
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blog名称:飞鱼的成长
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建立时间:2006年2月27日 |
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| 过滤代码的安装前面我们曾经提到，在内核空间过滤数据包对整个捕获机制的效率是至关重要的。早期使用 SOCK_PACKET 方式的 Linux 不支持内核过滤，因此过滤操作只能在用户空间执行（请参阅函数 pcap_read_packet() 代码）,在《UNIX 网络编程(第一卷)》（参考资料 B）的第 26 章中对此有明确的描述。不过现在看起来情况已经发生改变，linux 在 PF_PACKET 类型的 socket 上支持内核过滤。Linux 内核允许我们把一个名为 LPF(Linux Packet Filter) 的过滤器直接放到 PF_PACKET 类型 socket 的处理过程中，过滤器在网卡接收中断执行后立即执行。LSF 基于BPF机制，但两者在实现上有略微的不同。实际代码如下：
/* 在包捕获设备上附加 BPF 代码 [pcap-linux.c]*/
static int
pcap_setfilter_linux(pcap_t *handle, struct bpf_program *filter)
{
#ifdef SO_ATTACH_FILTER
struct sock_fprog fcode;
int can_filter_in_kernel;
int err = 0;
#endif
/* 检查句柄和过滤器结构的正确性 */
if (!handle)
return -1;
if (!filter) {
strncpy(handle->errbuf, "setfilter: No filter specified",
sizeof(handle->errbuf));
return -1;
}
/* 具体描述如下 */
if (install_bpf_program(handle, filter) < 0)
return -1;
/* 缺省情况下在用户空间运行过滤器,但如果
在内核安装成功,则值为 1 */
handle->md.use_bpf = 0;
/* 尝试在内核安装过滤器 */
#ifdef SO_ATTACH_FILTER
#ifdef USHRT_MAX
if (handle->fcode.bf_len > USHRT_MAX) {
/*过滤器代码太长，内核不支持 */
fprintf(stderr, "Warning: Filter too complex for kernel\n");
fcode.filter = NULL;
can_filter_in_kernel = 0;
} else
#endif /* USHRT_MAX */
{
/* linux 内核设置过滤器时使用的数据结构是 sock_fprog，
而不是 BPF 的结构 bpf_program ,因此应做结构之间的转换 */
switch (fix_program(handle, &fcode)) {
/* 严重错误，直接退出 */
case -1:
default:
return -1;
/* 通过检查，但不能工作在内核中 */
case 0:
can_filter_in_kernel = 0;
break;
/* BPF 可以在内核中工作 */
case 1:
can_filter_in_kernel = 1;
break;
}
}
/* 如果可以在内核中过滤，则安装过滤器到内核中 */
if (can_filter_in_kernel) {
if ((err = set_kernel_filter(handle, &fcode)) == 0)
{
/* 安装成功 !!! */
handle->md.use_bpf = 1;
}
else if (err == -1) /* 出现非致命性错误 */
{
if (errno != ENOPROTOOPT && errno != EOPNOTSUPP) {
fprintf(stderr, "Warning: Kernel filter failed:
%s\n",pcap_strerror(errno));
}
}
}
/* 如果不能在内核中使用过滤器，则去掉曾经可能在此 socket
上安装的内核过滤器。主要目的是为了避免存在的过滤器对数据包过滤的干扰 */
if (!handle->md.use_bpf)
reset_kernel_filter(handle);[pcap-linux.c]
#endif
}
/* 把 BPF 代码拷贝到 pcap_t 数据结构的 fcode 上 */
int install_bpf_program(pcap_t *p, struct bpf_program *fp)
{
size_t prog_size;
/* 首先释放可能已存在的 BPF 代码 */
pcap_freecode(&p->fcode);
/* 计算过滤代码的长度，分配内存空间 */
prog_size = sizeof(*fp->bf_insns) * fp->bf_len;
p->fcode.bf_len = fp->bf_len;
p->fcode.bf_insns = (struct bpf_insn *)malloc(prog_size);
if (p->fcode.bf_insns == NULL) {
snprintf(p->errbuf, sizeof(p->errbuf),
"malloc: %s", pcap_strerror(errno));
return (-1);
}
/* 把过滤代码保存在捕获句柄中 */
memcpy(p->fcode.bf_insns, fp->bf_insns, prog_size);
return (0);
}
/* 在内核中安装过滤器 */
static int set_kernel_filter(pcap_t *handle, struct sock_fprog *fcode)
{
int total_filter_on = 0;
int save_mode;
int ret;
int save_errno;
/*在设置过滤器前，socket 的数据包接收队列中可能已存在若干数据包。当设置过滤器后，
这些数据包极有可能不满足过滤条件，但它们不被过滤器丢弃。
这意味着，传递到用户空间的头几个数据包不满足过滤条件。
注意到在用户空间过滤这不是问题，因为用户空间的过滤器是在包进入队列后执行的。
Libpcap 解决这个问题的方法是在设置过滤器之前，
首先读完接收队列中所有的数据包。具体步骤如下。*/
/*为了避免无限循环的情况发生（反复的读数据包并丢弃，
但新的数据包不停的到达），首先设置一个过滤器，阻止所有的包进入 */
setsockopt(handle->fd, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER,
&total_fcode, sizeof(total_fcode)；
/* 保存 socket 当前的属性 */
save_mode = fcntl(handle->fd, F_GETFL, 0);
/* 设置 socket 它为非阻塞模式 */
fcntl(handle->fd, F_SETFL, save_mode | O_NONBLOCK)；
/* 反复读队列中的数据包，直到没有数据包可读。这意味着接收队列已被清空 */
while (recv(handle->fd, &drain, sizeof drain, MSG_TRUNC) >= 0)；
/* 恢复曾保存的 socket 属性 */
fcntl(handle->fd, F_SETFL, save_mode);
/* 现在安装新的过滤器 */
setsockopt(handle->fd, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER,
fcode, sizeof(*fcode));
}
/* 释放 socket 上可能有的内核过滤器 */
static int reset_kernel_filter(pcap_t *handle)
{
int dummy;
return setsockopt(handle->fd, SOL_SOCKET, SO_DETACH_FILTER,
&dummy, sizeof(dummy));
}
linux 在安装和卸载过滤器时都使用了函数 setsockopt()，其中标志SOL_SOCKET 代表了对 socket 进行设置，而 SO_ATTACH_FILTER 和 SO_DETACH_FILTER 则分别对应了安装和卸载。下面是 linux 2.4.29 版本中的相关代码：
[net/core/sock.c]
#ifdef CONFIG_FILTER
case SO_ATTACH_FILTER:
……
/* 把过滤条件结构从用户空间拷贝到内核空间 */
if (copy_from_user(&fprog, optval, sizeof(fprog)))
break;
/* 在 socket 上安装过滤器 */
ret = sk_attach_filter(&fprog, sk);
……
case SO_DETACH_FILTER:
/* 使用自旋锁锁住 socket */
spin_lock_bh(&sk->lock.slock);
filter = sk->filter;
/* 如果在 socket 上有过滤器，则简单设置为空，并释放过滤器内存 */
if (filter) {
sk->filter = NULL;
spin_unlock_bh(&sk->lock.slock);
sk_filter_release(sk, filter);
break;
}
spin_unlock_bh(&sk->lock.slock);
ret = -ENONET;
break;
#endif
上面出现的 sk_attach_filter() 定义在 net/core/filter.c，它把结构sock_fprog 转换为结构 sk_filter, 最后把此结构设置为 socket 的过滤器：sk->filter = fp。其他代码libpcap 还提供了其它若干函数，但基本上是提供辅助或扩展功能，重要性相对弱一点。我个人认为，函数 pcap_dump_open() 和 pcap_open_offline() 可能比较有用，使用它们能把在线的数据包写入文件并事后进行分析处理。总结1994 年libpcap 的第一个版本被发布，到现在已有 11 年的历史，如今libpcap 被广泛的应用在各种网络监控软件中。Libpcap 最主要的优点在于平台无关性，用户程序几乎不需做任何改动就可移植到其它 unix 平台上；其次，libpcap也能适应各种过滤机制，特别对BPF的支持最好。分析它的源代码，可以学习开发者优秀的设计思想和实现技巧，也能了解到（linux）操作系统的网络内核实现，对个人能力的提高有很大帮助。 |
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