BSD 4_4_Lite2 development
authorCSRG <csrg@ucbvax.Berkeley.EDU>
Mon, 12 Dec 1988 09:56:27 +0000 (01:56 -0800)
committerCSRG <csrg@ucbvax.Berkeley.EDU>
Mon, 12 Dec 1988 09:56:27 +0000 (01:56 -0800)
Work on file usr/src/share/doc/iso/ucb/ipc.nr

Synthesized-from: CSRG/cd3/4.4BSD-Lite2

usr/src/share/doc/iso/ucb/ipc.nr [new file with mode: 0644]

diff --git a/usr/src/share/doc/iso/ucb/ipc.nr b/usr/src/share/doc/iso/ucb/ipc.nr
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6944970
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,331 @@
+.NC "The Design of Unix IPC"
+.sh 1 "General"
+.pp
+The ARGO implementation of 
+TP and CLNP was designed to fit into the AOS
+kernel
+as easily as possible.
+All the standard protocol hooks are used.
+To understand the design, it is useful to have
+read 
+Leffler, Joy, and Fabry:
+\*(lq4.2 BSD Networking Implementation Notes\*(rq July 1983.
+This section describes the
+design of the IPC support in the AOS kernel.
+.sh 1 "Functional Unit Overview"
+.pp
+The 
+AOS
+kernel
+is a monolithic program of considerable size and complexity.
+The code can be separated into parts of distinct function,
+but there are no kernel processes per se.
+The kernel code is either executed on behalf of a user
+process, in which case the kernel was entered by a system call, 
+or it is executed on behalf of a hardware or software interrupt.
+The following sections describe briefly the major functional units 
+of the kernel.
+.\" FIGURE
+.so ../wisc/figs/func_units.nr
+.CF
+shows the arrangement of these kernel units and 
+their interactions.
+.sh 2 "The file system."
+.pp
+.sh 2 "Virtual memory support."
+.pp
+This includes protection, swapping, paging, and
+text sharing.
+.sh 2  "Blocked device drivers (disks, tapes)."
+.pp
+All these drivers share some minor functional units,
+such as buffer management and bus support
+for the various types of busses on the machine.
+.sh 2 "Interprocess communication (IPC)."
+.pp
+This includes 
+support for various protocols, 
+buffer management, and a standard interface for inter-protocol
+communication.
+.sh 2 "Network interface drivers." 
+.pp
+These drivers are closely tied to the IPC support. 
+They use the IPC's buffer management unit rather
+than the buffers used by the blocked device drivers.
+The interface between these drivers and the rest of the kernel 
+differs from the interface used by the blocked devices.
+.sh 2 "Tty driver" 
+.pp
+This is terminal support, including the user interface
+and the device drivers.
+.sh 2 "System call interface." 
+.pp
+This handles signals, traps, and system calls.
+.sh 2 "Clock." 
+.pp
+The clock is used in various forms by many
+other units.
+.sh 2 "User process support (the rest)." 
+.pp
+This includes support for accounting, process creation, 
+control, scheduling, and destruction.
+.pp
+.sh 2 "IPC"
+.pp
+The major functional unit that supports IPC
+can be divided into the following smaller functional
+units.
+.sh 3 "Buffer management." 
+.pp
+All protocols share a pool of buffers called \fImbufs\fR.
+The internal structure has changed considerably since 4.3:
+.(b
+\fC
+.TS
+tab(+);
+l s s s.
+struct mbuf {
+.T&
+l l l l.
++struct mbuf+*m_next;+/* next buffer in chain */
++struct mbuf+*m_act;+/* link in 2-d structure */
++u_long+m_len;+/* amount of data */
++char *+m_data;+/* location of data */
++short+m_type;+/* type of data */
++short+m_flags;+/* note if EOR, Packet HDR, Ext. stored */
++++/* If packet header add: */
+int+m_pkthdr.len;+/* total packet length */
+struct ifnet+*m_pkthdr.recvif;+/* rcv interface*/
++++/* If external storage add: */
++char +*m_ext.ext_buf;+/* start of buffer */
++void+(*m_ext.ext_free)();+/* free routine if not the usual */
++u_int+m_ext.ext_size;+/* size of buffer, for ext_free */
++++/* For non external */
++char+m_dat[depending];+/* done by unions, etc. */
+};
+.TE
+\fR
+.)b
+.pp
+There are two forms of mbufs - with and without external storage.
+Small ones are 128 octets in 4.4BSD.
+The data in these mbufs are located
+in the mbuf structure itself.
+Large mbufs, called \fIclusters\fR, are page-sized
+and page-aligned.
+They may be \*(lqcopied\*(rq by multiply mapping the pages they occupy.
+They consist of a page of memory plus a small mbuf structure 
+whose fields are used
+to link clusters into chains, but whose \fIm_dat\fR array is 
+not used.
+The \fIm_data\fR field of the structure 
+is a pointer to the active data in all cases.
+The remainder of the description in the argo document
+is generally obsolete, and I am merely deleting the
+rest of it at this point.
+.sh 3 "Routing." 
+.pp
+Routing decisions in the kernel are made by the procedure \fIrtalloc()\fR.
+This procedure will scan the kernel routing tables (stored in mbufs)
+looking for a route.
+The argo document here also is quite obsolete.
+We know keep a tree structure routing table,
+and do matching under masks.
+The structure for the routing entry contains tree related
+stuff pointers (parent, l-r child for internal nodes, mask and address
+for external nodes), and may be completely revised again
+to make use of patricia trees.
+.pp
+If a route is not found, then a default route is used (if present). 
+.pp
+If a route is found, the entity which called \fIrtalloc()\fR can use information
+from the \fIrtentry\fR structure to dispatch the datagram. Specifically, the
+datagram is queued on the interface identified by the interface 
+pointer \fIrt_ifp\fR.
+.sh 3 "Socket code." 
+.pp
+This is the protocol-independent part of the IPC support.
+Each communication endpoint (which may or may not be associated
+with a connection) is represented by the following structure:
+.(b
+\fC
+.TS
+tab(+);
+l s s s.
+struct socket {
+.T&
+l l l l.
++short+so_type;+/* type, e.g. SOCK_DGRAM  */
++short+so_options;+/* from socket call */
++short+so_linger;+/* time to linger @ close */
++short+so_state;+/* internal state flags */
++caddr_t+so_pcb;+/* network layer pcb */
++struct protosw+*so_proto;+/* protocol handle */
++struct socket+*so_head;+/* ptr to accept socket */
++struct socket+*so_q0;+/* queue of partial connX */
++short+so_q0len;+/* # partials on so_q0 */
++struct socket+*so_q;+/* queue of incoming connX */
++short+so_qlen;+/* # connections on so_q */
++short+so_qlimit;+/* max # queued connX */
++struct sockbuf+{
+++short+sb_cc;+/* actual chars in buffer */
+++short+sb_hiwat;+/* max actual char count */
+++short+sb_mbcnt;+/* chars of mbufs used */
+++short+sb_mbmax;+/* max chars of mbufs to use */
+++short+sb_lowat;+/* low water mark (not used yet) */
+++short+sb_timeo;+/* timeout (not used ) */
+++struct mbuf+*sb_mb;+/* the mbuf chain */
+++struct proc+*sb_sel;+/* process selecting */
+++short+sb_flags;+/* flags, see below */
++} so_rcv, so_snd;
++short+so_timeo;+/* connection timeout */
++u_short+so_error;+/* error affecting connX */
++short+so_oobmark;+/* oob mark (TCP only) */
++short+so_pgrp;+/* pgrp for signals */
+}
+.TE
+\fR
+.)b
+.pp
+The socket code maintains a pair of queues for each socket,
+\fIso_rcv\fR and \fIso_snd\fR.
+Each queue is associated with a count of the number of characters
+in the queue, the maximum number of characters allowed to be put
+in the queue, some status information (\fIsb_flags\fR), and
+several unused fields.
+For a send operation, data are copied from the user's address space
+into chains of mbufs.
+This is done by the socket module, which then calls the underlying
+transport protocol module to place the data
+on the send queue. 
+This is generally done by 
+appending to the chain beginning at \fIsb_mb\fR.
+The socket module copies data from the \fIso_rcv\fR queue
+to the user's address space to effect a receive operation.
+The underlying transport layer is expected to have put incoming
+data into \fIso_rcv\fR by calling procedures in this module.
+.in -5
+.sh 3 "Transport protocol management."
+.pp
+All protocols and address types must be \*(lqregistered\*(rq in a
+common way in order to use the IPC user interface.
+Each protocol must have an entry in a protocol switch table.
+Each entry takes the form:
+.(b
+\fC
+.TS
+tab(+);
+l s s s.
+struct protosw {
+.T&
+l l l l.
++short+pr_type;+/* socket type used for */
++short+pr_family;+/* protocol family */
++short+pr_protocol;+/* protocol # from the database */
++short+pr_flags;+/* status information */
++++/* protocol-protocol hooks */
++int+(*pr_input)();+/* input (from below) */
++int+(*pr_output)();+/* output (from above) */
++int+(*pr_ctlinput)();+/* control input */
++int+(*pr_ctloutput)();+/* control output */
++++/* user-protocol hook */
++int+(*pr_usrreq)();+/* user request: see list below */
++++/* utility hooks */
++int+(*pr_init)();+/* initialization hook */
++int+(*pr_fasttimo)();+/* fast timeout (200ms) */
++int+(*pr_slowtimo)();+/* slow timeout (500ms) */
++int+(*pr_drain)();+/* free some space (not used) */
+}
+.TE
+\fR
+.)b
+.pp
+Associated with each protocol are the types of socket
+abstractions supported by the protocol (\fIpr_type\fR), the
+format of the addresses used by the protocol (\fIpr_family\fR),
+the routines to be called to perform
+a standard set of protocol functions (\fIpr_input\fR,...,\fIpr_drain\fR),
+and some status information (\fIpr_flags\fR).
+The field pr_flags keeps such information as
+SS_ISCONNECTED (this socket has a peer),
+SS_ISCONNECTING        (this socket is in the process of establishing
+a connection),
+SS_ISDISCONNECTING (this socket is in the process of being disconnected),
+SS_CANTSENDMORE (this socket is half-closed and cannot send),
+SS_CANTRCVMORE (this socket is half-closed and cannot receive).
+There are some flags that are specific to the TCP concept
+of out-of-band data.
+A flag SS_OOBAVAIL was added for the ARGO implementation, to support
+the TP concept of out-of-band data (expedited data).
+.sh 3 "Network Interface Drivers" 
+.pp
+The drivers for the devices attaching a Unix machine to a network
+medium share a common interface to the protocol
+software.
+There is a common data structure for managing queues,
+not surprisingly, a chain of mbufs.
+There is a set of macros that are used to enqueue and
+dequeue mbuf chains at high priority.
+A driver 
+delivers an indication to a protocol entity when
+an incoming packet has been placed on a queue by 
+issuing a
+software
+interrupt.
+.sh 3 "Support for individual protocols." 
+.pp
+Each protocol is written as a separate functional unit.
+Because all protocols share the clock and the mbuf pool, they
+are not entirely insulated from each other.
+The details of TP are described in a section that
+follows.
+.\"*****************************************************
+.\" FIGURE
+.so ../wisc/figs/unix_ipc.nr
+.pp
+.CF
+shows the arrangement of the IPC  support.
+.pp
+The AOS
+IPC was designed for DoD Internet protocols, all of
+which run over DoD IP.
+The assumptions that DoD Internet is the domain
+and that DoD IP is the network layer 
+appear in the code and data structures in numerous places.
+An example is that the transport protocols all directly call
+IP routines.
+There are no hooks in the data structures through
+which the transport layer can choose a network level protocol.
+Another example is that headers are assumed to
+fit in one small mbuf (112 bytes for data in AOS).
+Another example is this:
+It is assumed in many places that buffer space is managed
+in units of characters or octets.
+The user data are copied from user address space into the kernel mbufs
+amorphously
+by the socket code, a protocol-independent part of the kernel.
+This is fine for a stream protocol, but it means that a
+packet protocol, in order to \*(lqpacketize\*(rq the data,
+must perform a memory-to-memory copy
+that might have been avoided had the protocol layer done the original
+copy from user address space.
+Furthermore, protocols that count credit in terms of packets or
+buffers rather than characters do not work efficiently because
+the computation of buffer space is not in the protocol module,
+but rather it is in the socket code module.
+This list of examples is not complete.
+.pp
+To summarize, adding a new transport protocol to the kernel consists of
+adding entries to the tables in the protocol management
+unit, 
+modifying the network interface driver(s) to recognize
+new network protocol identifiers, 
+adding the
+new system calls to the kernel and to the user library,
+and
+adding code modules for each of the protocols,
+and correcting deficiencies in the socket code,
+where the assumptions made about the nature of 
+transport protocols do not apply. 
+.i
+(Touchy touchy, aren't we!?! -- Sklower)