一、快路径与慢路径简介

在Linux内核的TCP/IP协议栈实现中，TCP数据接收分为快路径处理与慢路径进行处理，快路径用于处理预期的、理想情形的输入数段，TCP连接中最常见的情形应该被尽可能地检测并最优化处理，达到快速处理的目的。慢路径用于处理那些非预期、非理想情况下的数据段，如乱序数据段、socket内存管理和紧急数据等。

快路径与慢路径在Linux内核中的处理流程：tcp握手完成后，收到数据包后，调用路径为：

tcp_v4_rcv

->tcp_v4_do_rcv

->tcp_rcv_established，

在tcp_rcv_establisheed函数中处理TCP_ESTABLISHED状态的包 ，并根据pred_flags预测字段来选择着采用快路径或慢路径。

二、首部预测字段-pred_flags

预测字段存储在struct tcp_sock中，pred_flag为0表示关闭首部预测使用慢速路径，非0表示开启快速路径的前提，如果开启会对该变量进行设定。

可以看到pred_flags与网络传输时一致采用大端存储，其大小为32位。该32位的pred_flags和TCP首部的第3个32位字(第0个32位：16位源端口号，16位目的端口号；第1个32位：32位序列号；第2个32位：32位确认号；第3个32位：首部字段、标志、窗口大小等，即首部预测字段需要的字段）对应，**如下图1为TCP首部字段分布与第3个32位的细节，**pred_flag变量的赋值通过调用tcp_fast_path_on函数或tcp_fast_path_on函数(include\net\tcp.h)中进行设定，其中tcp_fast_path_on间接调用__tcp_fast_path_on，只不过是在调用__tcp_fast_path_on针对携带窗口扩大因子的TCP传输进行还原发送窗口的大小。

**pred_flags由三个部分组成:【首部长度、ACK标记、发送窗口大小】也就是与TCP首部字段(13-16字节)中相应的字段，******如图2 pred_flags图示，****内核中的解释如下：

进行快速路径判断的时候只需要将预测字段与TCP首部中对应的部分进行对比即可。

__tcp_fast_path_on函数中：tp->header_len<<26的解释如下：

1、关于header_len：是指TCP首部的字节数(TCP首部固定部分为20字节)，在TCP头部对应的是4位的"首部长度"字段，TCP的首部字节数 header_len= 首部长度*4，要得到”首部长度“字段，需要将header_len右移两位，即除以4：header_len>>2

2、”首部长度“字段是4位，现在要得到的pred_flags应该与TCP首部的第4个32位的位置(第13-16字节)进行对应，所以4位的首部字段左移28位得到：32位初始化(仅包含首部长度字段)的pred_flags，即header_len右移两位后，再左移28位:header_len<<26，即XXXX0000000000000000000000000000

其中XXXX表示首部长度字段的值。

tp->header_len<<26得到了含首部长度字段的pred_flags，但pred_flags除了首部长度字段外还应含有ACK标记，发送窗口：

tp->tcp_header_len << 26) | ntohl(TCP_FLAG_ACK) | snd_wnd

其中TCP_FLAG_ACK定义如下：

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TCP_FLAG_ACK字段为0x00100000,即对应ACK标志位为1。

三、首部预测字段的设定

首部预测字段的设定分为两种过程 ：

1、直接调用__tcp_fast_path_on函数进行设定首部预测字段相应的值

2、直接调用tcp_fast_path_on函数进行设定首部预测字段相应的值

2、先进行条件检验，检验通过后调用__tcp_fast_path_on函数进行设定首部预测字段相应的值直接调用__tcp_fast_path_on 的时机：

客户端connect系统调用即将结束的时

在tcp_finish_connect中没有开启窗口扩大因子的时，调用__tcp_fast_path_on来设置快速路径条件，这时候客户端进入TCP_ESTABLISHED状态，服务端还在等待客户端最后一次ACK才能发送数据，因此不会收到服务端的数据，也就不用考虑快速路径。

直接调用tcp_fast_path_on的时机：

服务器在收到SYN请求后的处理过程中，如下tcp_rcv_state_process函数中

进行检验后调用__tcp_fast_path_on函数：

检验函数检查条件是否满足，满足后才能设置预测标记，条件：** **

条件1：乱序队列是否为空(没有乱序数据时设定)

条件2：接收窗口是否还有剩余空间(接收窗口不为0时设定)

条件3：接收内存是否受限(接收缓存未耗尽时设定)

条件4：是否有紧急数据需要传输(无紧急数据时设定)

检验函数是tcp_fast_path_check，逻辑主要是进行4个条件判断，决定是否设定首部预测字段，如下所示：

先通过tcp_fast_check函数检测后调用t cp_fast_path_on的时机：

1、读完紧急数据后：紧急数据是由慢路径处理的，在慢速路径上收完紧急数据后检查是否可用开启快速路径模式

2、当发送发收到ACK并调用tcp_ack_update_window更新窗口时，通告窗口发生了变化，则必须更新预测标记，以免后续的输入报文因为窗口不符而进入慢速路径:

3、当调用tcp_data_queue将数据放入接收队列时，这时可用的接收缓存大小发生变化，即将输入数据放入到接收队列后，更新了字节的内存占用量，tcp_fast_path_check会检查这俄格缓存的变化是否允许开启快速路径模式。只有当前包是非乱序包，且接收窗口非0的时候，才能调用tcp_fast_path_check尝试开启快速路径

四、进入快速路径与慢速路径处理

设置预测标记后，使用它是在处理已连接TCP数据段的唯一入口函数:tcp_rcv_estblished

是否能够执行快速路径，pred_flags匹配只是前提条件，还有一些其他的判断条件，在内核中有相关的定义(net\ipv4\tcp_input.c):

在tcp_rcv_established函数中，关于快速路径检查与执行部分如下：

其中：

tcp_flag_word(th)获取的是TCP首部的第13-16字节,也就是第3个32位(第0个32位：16位源端口号，16位目的端口号；第1个32位：32位序列号；第2个32位：32位确认号；第3个32位：首部字段、标志、窗口大小等，需要的首部预测字段)

得到TCP首部的第3个32位后，还不是首部预测字段，还要继续屏蔽掉PSH字段，即 tcp_flag_word(th) & TCP_HP_BITS

慢速路径处理：