使用ip_conntrack实现UDP服务的多进程处理

最新推荐文章于 2024-05-20 10:22:16 发布

iteye_3759

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文章标签：网络 c/c++ 数据结构与算法

本文探讨了如何通过Linux内核Netfilter的nf_conntrack模块实现UDP的多进程处理机制，介绍了利用iptables进行连接负载均衡的方法，并提出了自定义解决方案的思路。

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UDP是无连接的，一个UDP包发出之后，对端接收到，事情就完了，即使对端没有接收到，事情也随之结束，两端都不会保存任何信息（UDP connect函数仅仅绑定了一个元组，不会对协议通信有影响）。因此无法像TCP那样实现accept。而TCP服务的多处理机制基本都是基于accept的，TCP的侦听socket只负责接受连接，进而调度给一个进程或者线程，accept/fork机制已经成了多处理的必杀技，由于UDP无法实现accept，也就很难实现多处理以及xinetd那样的服务调度程序，可是事情并没有完！
虽然UDP不保存任何连接信息，可是Linux内核Netfilter的nf_conntrack为之保存了一个连接，这个conntrack如果能被使用，那么就可以利用它实现UDP的多处理，接下来唯一的问题就是端口的问题。多进程的UDP服务必须绑定不同的端口（或者不同secondary IP的同一个端口），比如6000-6004五个端口对应五个UDP服务进程，剩下的工作就是将客户端的访问定向到这五个服务中的一个：
iptables -t nat -A LBalance -p udp --dport $port_base -j DNAT --to-destination $LISTEN_ADDR:6000-6004
这样就好了。NAT是有状态的，conntrack模块负责保持这个连接，且NAT仅仅对一个流的头包有效，这样就可以把同一个连接的数据定向到同一个进程了，唯一需要注意的就是，nf_conntrack模块对于保持的连接是有超时时间的，如果过了超时时间，连接数据结构就会被释放掉，因此如果不能保证数据持续传输的情形下，最好在应用层有一定的心跳机制。
何时？iptables可以拥有一个模块，可以将连接定向到一个进程，进程PID可以通过procfs或者sysfs设置，到那时，UDP服务就可以不绑定那么多的端口了。左右思索，觉得还是自己实现一个为好，可以参考TPROXY以及2.4内核Netfilter的owner-pid来实现，在HOOK function中可以有以下的片断：

        struct task_struct *p;
        struct files_struct *files;
        int i;
        p = pid_task(find_get_pid(进程PID，可以通过procfs来配置), PIDTYPE_PID);
        if (!p)
                goto out;
        task_lock(p);
        files = p->files;
        if(files) {
                for (i=0; i < 目前打开的描述符; i++) {
                        struct file *f = files->fd_array[i];
                        if (S_ISSOCK(f->f_path.dentry->d_inode->i_mode)){
                                从file结构体中取出private_data;
                                从private_data映射到socket，进而取出sock结构体;
                                将sock结构体和skb关联;
                        }
                }
        }
        task_unlock(p);

以上只是一个片断，其实还要和conntrack结合对应到具体的流，可能还需要mark机制。
如果一个技术本身没有提供某个机制，那么肯定有其它的层可以为之提供该种功能，这个层可以在上面也可以在下面，对于UDP，你可以在应用层为之封装一个层，类似OpenVPN或者DTLS那样，也可以利用底层的ip_conntrack。