【lwip】15-NETCONN接口-五八三

前言

终于到接口层了。

原文：李柱明博客：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/17442931.html

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框架描述

前面我们已经学完了，都知道raw接口了，其实也可以直接用，就是麻烦点。

这里NETCONN就是封装了raw接口，让用户使用更加简单。

socket接口是封装NETconn接口的，让用户使用更加标准，方便应用程序移植。

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NETCONN的接口框架：

解耦：编写回调函数xxx_tcp()、xxx_udp()，注册到协议栈里面。协议栈通过回调函数告知接口层，当前PCB的状态信息。接口层根据当前PCB的状态信息做相应处理即可。

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文件：

api_msg.c：构建api msg，被netconn调用，发送到内核锁或tcpip内核线程执行指定的回调函数。
api_lib.c：netconn API。
sockets.c：socket套接字接口层，封装netconn接口。供用户使用。

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NETCONN重要组成

内核回调接口

在raw/callback API编程时，用户编程的方法就是向内核注册各种自定义的回调函数，回调函数是与内核实现交互的唯一方式。

协议栈API NETCONN是基于raw/callback API实现的。

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内核通过调用注册到TCP/UDP内核的回调函数，把接收到的数据或可发送数据的事件发送回netconn对应的邮箱中，上层检查这些邮箱即可和内核协议栈交互。

netbuf：数据缓冲

netbuf是应用层描述待发送数据和已接收数据的基本结构。当然，最基本的粒度数据结构还是pbuf。

应用层接收数据：

当协议栈收到数据包后，会将数据封装在一个netbuf中，并递交给应用层。

应用层发送数据：

TCP：用户只需要提供待发数据的起始地址和长度，内核会根据实际情况封装在合适大小的数据包中。
UDP：需要用户自行将数据封装在netbuf结构中。

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netbuf数据结构：

/** "Network buffer" - contains data and addressing info */ struct netbuf { struct pbuf *p, *ptr; /* 包缓冲区。p：pbuf链。ptr：pbuf链中当前pbuf游标。 */ ip_addr_t addr; /* 发送方IP */ u16_t port; /* 发送方端口 */ #if LWIP_NETBUF_RECVINFO || LWIP_CHECKSUM_ON_COPY u8_t flags; /* 标志位 */ u16_t toport_chksum; /* 目的端口号。用于checksum */ #if LWIP_NETBUF_RECVINFO ip_addr_t toaddr; /* 目的地址 */ #endif /* LWIP_NETBUF_RECVINFO */ #endif /* LWIP_NETBUF_RECVINFO || LWIP_CHECKSUM_ON_COPY */ };

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netconn：接口数据结构

代表一个连接，TCP或UDP等。

NETCONN支持的协议类型

/** @ingroup netconn_common * 协议族和netconn类型。 * */ enum netconn_type { NETCONN_INVALID = 0, /* 无效类型 */ /** TCP IPv4 */ NETCONN_TCP = 0x10, #if LWIP_IPV6 /** TCP IPv6 */ NETCONN_TCP_IPV6 = NETCONN_TCP | NETCONN_TYPE_IPV6 /* 0x18 */, #endif /* LWIP_IPV6 */ /** UDP IPv4 */ NETCONN_UDP = 0x20, /** UDP IPv4 lite */ NETCONN_UDPLITE = 0x21, /** UDP IPv4 no checksum */ NETCONN_UDPNOCHKSUM = 0x22, #if LWIP_IPV6 /** UDP IPv6 (dual-stack by default, unless you call @ref netconn_set_ipv6only) */ NETCONN_UDP_IPV6 = NETCONN_UDP | NETCONN_TYPE_IPV6 /* 0x28 */, /** UDP IPv6 lite (dual-stack by default, unless you call @ref netconn_set_ipv6only) */ NETCONN_UDPLITE_IPV6 = NETCONN_UDPLITE | NETCONN_TYPE_IPV6 /* 0x29 */, /** UDP IPv6 no checksum (dual-stack by default, unless you call @ref netconn_set_ipv6only) */ NETCONN_UDPNOCHKSUM_IPV6 = NETCONN_UDPNOCHKSUM | NETCONN_TYPE_IPV6 /* 0x2a */, #endif /* LWIP_IPV6 */ /** Raw connection IPv4 */ /* RAW ipv4 连接 */ NETCONN_RAW = 0x40 #if LWIP_IPV6 /** Raw connection IPv6 (dual-stack by default, unless you call @ref netconn_set_ipv6only) */ , NETCONN_RAW_IPV6 = NETCONN_RAW | NETCONN_TYPE_IPV6 /* 0x48 */ #endif /* LWIP_IPV6 */ };

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NETCONN状态

/* 当前netconn接口数据结构所处的状态。如当前netconn被netconn_write()接口调用，就处于WRITE状态。也可以理解为当前netconn被哪些netconn API占用 */ enum netconn_state { NETCONN_NONE, /* 空闲状态 */ NETCONN_WRITE, /* 正在发送数据 */ NETCONN_LISTEN, /* 侦听状态 */ NETCONN_CONNECT, /* 连接状态 */ NETCONN_CLOSE /* 关闭状态 */ };

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NETCONN北向事件

上层收：按次数统计。NETCONN中有多少个可被上层接收。

上层发：按是否有无统计。NETCONN中是否可写。

/* * netconn_x()API 通知更上层（如socket）的事件。 * * 事件说明： * 在netconn实现中，有三种方法来阻塞客户端: * - accept mbox：netconn_accept()函数中的sys_arch_mbox_fetch() * - receive mbox：netconn_recv_data()函数中的sys_arch_mbox_fetch() * - send queue if full：lwip_netconn_do_write()函数中的sys_arch_sem_wait() * * 这些事件都是给这些mboxes/semaphores标记状态的事件。 * 对于非阻塞式的连接，我们可以通过这些事件，提前知道调用netconn API是否会阻塞。 * * NETCONN_EVT_RCVPLUS: 加。mboxes/semaphores 对象，可安全调用相关netconn API不会被阻塞的次数+1。 * 如在sockets中是按次计数：如accept mbox连续收到三个NETCONN_EVT_RCVPLUS事件， * 则可以连续三次调用netconn_accept()不会被阻塞。receive mbox也一样。 * * NETCONN_EVT_RCVMINUS: 减。mboxes/semaphores 对象，可安全调用相关netconn API不会被阻塞的次数-1。 * 一般在调用对应函数成功后，统计一次。 * * 而对于TX，没有次数统计，只是一个标志。 * * NETCONN_EVT_SENDPLUS: 表示调用netconn_send()发送数据不会阻塞。 * 一般发生在发送缓冲区中的数据被ACK了，缓冲区空闲空间增加时会回调该事件到上层。 * * NETCONN_EVT_SENDMINUS: 表示调用netconn_send()会阻塞。 * 一般发生在协议栈内部PCB不可发送数据时会通过该事件通知上层，此时调用netconn_send()会阻塞，如发送缓冲区不足，内存不足等等。 * 触发该事件后，内部PCB会在pcb->poll()函数会检查PCB是否可发送数据，如果可发，就会触发NETCONN_EVT_SENDPLUS事件通知上层。 * */ enum netconn_evt { NETCONN_EVT_RCVPLUS, /* 收到数据。可安全调用API不会被阻塞次数+1 */ NETCONN_EVT_RCVMINUS, /* 可安全调用API不会被阻塞次数-1 */ NETCONN_EVT_SENDPLUS, /* PCB可发送数据事件 */ NETCONN_EVT_SENDMINUS,/* PCB不可发送事件 */ NETCONN_EVT_ERROR /* 错误事件 */ };

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NETBUF相关接口

前提实现可以自行看源码。

netbuf操作接口：

/* Network buffer functions: */ struct netbuf * netbuf_new (void); void netbuf_delete (struct netbuf *buf); void * netbuf_alloc (struct netbuf *buf, u16_t size); void netbuf_free (struct netbuf *buf); err_t netbuf_ref (struct netbuf *buf, const void *dataptr, u16_t size); void netbuf_chain (struct netbuf *head, struct netbuf *tail); err_t netbuf_data (struct netbuf *buf, void **dataptr, u16_t *len); s8_t netbuf_next (struct netbuf *buf); void netbuf_first (struct netbuf *buf);

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内核回调接口

在学完TCP、UDP内核实现后，就知道我们需要往这些内核里注册回调函数，用于内核和上层交互。如tcp的tcp_recv()就是往内核注册接收回调函数。

所以在实现NETCONN接口时，需要编写这些回调函数，并注册到内核中。

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注册NETCONN相关回调到内核

TCP：setup_tcp()：

/** * 注册netconn tcp基础接口相关的回调到TCP层 * */ static void setup_tcp(struct netconn *conn) { struct tcp_pcb *pcb; pcb = conn->pcb.tcp; tcp_arg(pcb, conn); // PCB绑定NETCONN接口控制块 tcp_recv(pcb, recv_tcp); // 注册接收回调 tcp_sent(pcb, sent_tcp); // 注册发送回调 tcp_poll(pcb, poll_tcp, NETCONN_TCP_POLL_INTERVAL); // 注册poll tcp_err(pcb, err_tcp); // 注册异常回调 }

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recv_tcp：TCP接收回调

recv_tcp()是TCP netconn注册到tcp的tcp_pcb->recv()接收回调函数。

TCP内核收到数据后会通过当前回调函数发送数据包到conn->recvmbox，如果投递失败，则不能删除这些pbuf，因为tcp_fasttmr()会在后面再次通知我们上层接收。

这里发送失败但是不能删除这些pbuf的原因：我们TCP已经ACK了这些数据，对端不会再发这些数据了的，所以我们不能完全删除，只能晚点上交给应用层。

和recv_udp()略有区别，这里不封装netbuf，在调用上层调用netconn_recv()函数中再把pbuf装成netbuf。

这样做的目的是因为TCP数据包的封装、处理设计其它很多额外的操作，而当前函数却是一个回调函数，不适合多做业务及长时间占有。

static err_t recv_tcp(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, struct pbuf *p, err_t err) { struct netconn *conn; u16_t len; void *msg; LWIP_UNUSED_ARG(pcb); LWIP_ASSERT("recv_tcp must have a pcb argument", pcb != NULL); LWIP_ASSERT("recv_tcp must have an argument", arg != NULL); LWIP_ASSERT("err != ERR_OK unhandled", err == ERR_OK); LWIP_UNUSED_ARG(err); /* for LWIP_NOASSERT */ conn = (struct netconn *)arg; if (conn == NULL) { return ERR_VAL; } LWIP_ASSERT("recv_tcp: recv for wrong pcb!", conn->pcb.tcp == pcb); if (!NETCONN_MBOX_VALID(conn, &conn->recvmbox)) { /* recvmbox已经被删除了。如shutdown RX */ if (p != NULL) { tcp_recved(pcb, p->tot_len); /* 把这些数据从TCP接收缓冲区中全部读走，并更新接收窗口 */ pbuf_free(p); /* 然后释放这些pbuf */ } return ERR_OK; /* 算是接收成功 */ } /* 与UDP或RAW pcb不同，不要使用recv_avail检查可用空间，因为这可能会破坏连接。（这些数据都是已经被我们ACK了的） */ if (p != NULL) { /* 有数据 */ msg = p; len = p->tot_len; } else { /* 没数据也触发当前回调，说明TCP协议栈底层是想表示连接已断开 */ msg = LWIP_CONST_CAST(void *, &netconn_closed); len = 0; } if (sys_mbox_trypost(&conn->recvmbox, msg) != ERR_OK) { /* 不要释放p:它稍后会从tcp_fasttmr再次给我们! */ return ERR_MEM; } else { #if LWIP_SO_RCVBUF SYS_ARCH_INC(conn->recv_avail, len); #endif /* LWIP_SO_RCVBUF */ /* 通知上层，有数据可读 */ API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_RCVPLUS, len); } return ERR_OK; }

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sent_tcp：TCP发送回调

sent_tcp()是TCP netconn注册到tcp的tcp_pcb->sent()发送回调函数。

当TCP收到更多ACK，发送缓冲区可用空间增大了，就会调用当前回调函数。

主要是唤醒阻塞等待连接关闭或数据发送的应用程序线程。

检查和通知接口层（netconn、socket），有更多缓冲空间了，如果有数据，可以发过来。

static err_t sent_tcp(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, u16_t len) { struct netconn *conn = (struct netconn *)arg; LWIP_UNUSED_ARG(pcb); LWIP_ASSERT("conn != NULL", (conn != NULL)); if (conn) { /* 接口连接还存在 */ if (conn->state == NETCONN_WRITE) { /* 接口层需要发送数据 */ lwip_netconn_do_writemore(conn WRITE_DELAYED); /* 把数据写入TCP发送缓冲区 */ } else if (conn->state == NETCONN_CLOSE) { /* 接口层已经关闭了当前连接 */ lwip_netconn_do_close_internal(conn WRITE_DELAYED); /* TCP内部资源也关闭 */ } /* 检查水位线：TCP发送缓冲区可用空间size在水位线上 && 当前pbuf数量在水位线下即可通知上层，可往TCP发送缓冲区写入数据。 */ if ((conn->pcb.tcp != NULL) && (tcp_sndbuf(conn->pcb.tcp) > TCP_SNDLOWAT) && (tcp_sndqueuelen(conn->pcb.tcp) < TCP_SNDQUEUELOWAT)) { netconn_clear_flags(conn, NETCONN_FLAG_CHECK_WRITESPACE); /* 清除检查缓冲区可写标志 */ API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_SENDPLUS, len); /* 通知接口层，当前TCP发送缓冲区可写 */ } } return ERR_OK; }

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poll_tcp：TCP poll函数

poll_tcp()是TCP netconn注册到tcp的tcp_pcb->poll()周期函数。

tcp_pcb->poll()被TCP慢时钟tcp_slowtmr()时钟调用。

NETCONN_TCP_POLL_INTERVAL==2，表示每秒会轮询一次该函数。

主要是唤醒阻塞等待连接关闭或数据发送的应用程序线程。

解除应用程序线程阻塞的方式：发送信号量conn->sem。

如果关闭失败，netconn_close()等待conn->sem。

static err_t poll_tcp(void *arg, struct tcp_pcb *pcb) { struct netconn *conn = (struct netconn *)arg; LWIP_UNUSED_ARG(pcb); LWIP_ASSERT("conn != NULL", (conn != NULL)); if (conn->state == NETCONN_WRITE) { /* 如果netconn处于正在发送数据状态，那tcp层就继续从netconn取数据发出去 */ lwip_netconn_do_writemore(conn WRITE_DELAYED); } else if (conn->state == NETCONN_CLOSE) { /* netconn已经close当前连接了，内部tcp层也要close */ #if !LWIP_SO_SNDTIMEO && !LWIP_SO_LINGER /* 没开socket发送超时 && 没开close()后残留数据超时 */ if (conn->current_msg && conn->current_msg->msg.sd.polls_left) { conn->current_msg->msg.sd.polls_left--; } #endif /* !LWIP_SO_SNDTIMEO && !LWIP_SO_LINGER */ lwip_netconn_do_close_internal(conn WRITE_DELAYED); } /* 之前是否有非阻塞的写操作失败？有就检查写缓冲区是否有可用空间 */ if (conn->flags & NETCONN_FLAG_CHECK_WRITESPACE) { /* 之前存在非阻塞写入失败 */ /* 检查发送缓冲区：缓冲区可用size是否足够和 pbuf数量是否超限 */ if ((conn->pcb.tcp != NULL) && (tcp_sndbuf(conn->pcb.tcp) > TCP_SNDLOWAT) && (tcp_sndqueuelen(conn->pcb.tcp) < TCP_SNDQUEUELOWAT)) { netconn_clear_flags(conn, NETCONN_FLAG_CHECK_WRITESPACE); /* tcp层有更多的发送缓冲区空间可用，则清除该标记 */ API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_SENDPLUS, 0); /* 触发一个可写事件到netconn的上层（如socket层） */ } } return ERR_OK; }

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err_tcp：TCP 异常回调函数

poll_tcp()是TCP netconn注册到tcp的tcp_pcb->errf()异常回调函数。

TCP PCB出现错误时，会调用当前函数回调到接口层处理：

向netconn数据结构中的回调函数发送ERROR、RCVPLUS、SENDPLUS事件；
向netconn数据结构中的所有邮箱recv_mboxes、accept_mboxes发送异常事件；

这种做法的目的就是唤醒因各种情况而阻塞的应用程序，告知当前连接发生错误，需要处理。

static void err_tcp(void *arg, err_t err) { struct netconn *conn; enum netconn_state old_state; void *mbox_msg; SYS_ARCH_DECL_PROTECT(lev); conn = (struct netconn *)arg; LWIP_ASSERT("conn != NULL", (conn != NULL)); SYS_ARCH_PROTECT(lev); /* 系统保护：进入临界 */ /* 发生错误，PCB就会被释放，所以可在接口层解除绑定 */ conn->pcb.tcp = NULL; /* 保存错误码 */ conn->pending_err = err; /* 防止应用程序线程在'recvmbox'/'acceptmbox'上阻塞 */ conn->flags |= NETCONN_FLAG_MBOXCLOSED; /* 在唤醒其它线程前，重置当前状态 */ old_state = conn->state; conn->state = NETCONN_NONE; SYS_ARCH_UNPROTECT(lev); /* 退出临界 */ /* 通知socket层，当前连接异常。 */ API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_ERROR, 0); /* 给socket层一个可读、可写事件，可让应用层不会阻塞于读、写。 */ API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_RCVPLUS, 0); API_EVENT(conn, NETCONN_EVT_SENDPLUS, 0); mbox_msg = lwip_netconn_err_to_msg(err); /* err翻译成msg */ /* 通过error message到recvmbox来唤醒阻塞于recv的应用层线程 */ if (NETCONN_MBOX_VALID(conn, &conn->recvmbox)) { /* use trypost to prevent deadlock */ /* 使用trypost，可以防止死锁 */ sys_mbox_trypost(&conn->recvmbox, mbox_msg); } /* 通过error message到acceptmbox来唤醒阻塞于accept的应用层线程 */ if (NETCONN_MBOX_VALID(conn, &conn->acceptmbox)) { /* 使用trypost，可以防止死锁 */ sys_mbox_trypost(&conn->acceptmbox, mbox_msg); } if ((old_state == NETCONN_WRITE) || (old_state == NETCONN_CLOSE) || (old_state == NETCONN_CONNECT)) { /* 处于非监听的所有有效态 */ /* PCB已经被干掉了，所以没必要调用lwip_netconn_do_writemore()、lwip_netconn_do_close_internal()这些函数了 */ int was_nonblocking_connect = IN_NONBLOCKING_CONNECT(conn); /* 获取当前netconn是否处于非阻塞连接 */ SET_NONBLOCKING_CONNECT(conn, 0); /* 清除netconn中该标记 */ if (!was_nonblocking_connect) { /* 不处于非阻塞连接状态 */ sys_sem_t *op_completed_sem; /* set error return code */ LWIP_ASSERT("conn->current_msg != NULL", conn->current_msg != NULL); if (old_state == NETCONN_CLOSE) { /* netconn处于close状态，则返回OK，表示close成功 */ conn->current_msg->err = ERR_OK; } else { /* 如果处于写或连接状态，则返回对应ERR，表示当前连接异常。 */ conn->current_msg->err = err; } /* 获取当前netconn的同步信号量 */ op_completed_sem = LWIP_API_MSG_SEM(conn->current_msg); LWIP_ASSERT("invalid op_completed_sem", sys_sem_valid(op_completed_sem)); conn->current_msg = NULL; /* 解绑netconn中的当前的同步信号量 */ /* 唤醒阻塞与写或连接的应用程序线程 */ sys_sem_signal(op_completed_sem); } else { /* 应用程序线程是非阻塞连接 */ /* @todo: 测试非阻塞连接的错误情况 */ } } else { /* netconn处于监听态或空闲态 */ LWIP_ASSERT("conn->current_msg == NULL", conn->current_msg == NULL); } }

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accept_function：TCP accept回调函数

accept_function()是TCP netconn注册到tcp的lpcb->accept()accept回调函数。

使用tcp_accept()API注册。
lpcb->accept()，用于TCP服务器，监听类型的pcb。
TCP层收到客户端连接，分配PCB，并握手成功后会调用当前回调。（tcp申请新的客户端PCB失败时也会回调）

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其他需要注册到协议栈内核的回调函数

recv_udp()：

udp的接收回调函数，该函数会被udp_recv()函数注册到UDP PCB中。在UDP收到数据时被调用，用于回调数据到上层。
是UDP收到的数据包pbuf，组装成一个上层数据包格式netbuf。
然后把这个netbuf投递到连接netconn->recvmbox接收邮箱中。
应用层可以通过调用API函数netconn_recv()从该邮箱中获取netbuf格式的数据包，然后提取出pbuf，再提取出UDP数据即可。

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NETCONN接口线程安全实现（重要）

NETCONN接口线程安全原理

通过lwip内核实现的学习，我们知道，lwip内核实现是需要线程安全的。

目前有两种方式：

开启LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING内核安全锁功能，使用该锁来实现lwip内核的线程安全。
如果没有开启内核安全锁，则可以把需要执行的lwip内核API通过API消息发送到LWIP内核线程去执行。

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netconn用户接口形式：netconn_xxx()

netconn内核接口形式：lwip_netconn_xxx()

用户调用netconn用户接口时，用户接口的目的就是把netconn的内核接口通过安全锁或api消息发送到wlip内核线程执行。

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NETCONN接口线程安全具体实现

netconn用户接口使用netconn_apimsg()–>tcpip_send_msg_wait_sem()来共同实现。

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netconn_apimsg()：

tcpip_callback_fn fn：需要线程安全的netconn内核API。
struct api_msg *apimsg：API的指针形参（既然形参是指针，说明是双向参数）

static err_t netconn_apimsg(tcpip_callback_fn fn, struct api_msg *apimsg) { err_t err; #ifdef LWIP_DEBUG /* 捕获不设置错误的函数 */ apimsg->err = ERR_VAL; #endif /* LWIP_DEBUG */ #if LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD apimsg->op_completed_sem = LWIP_NETCONN_THREAD_SEM_GET(); /* 获取同步信号量 */ #endif /* LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD */ /* 把fn()搞到tcpip内核锁内执行 */ err = tcpip_send_msg_wait_sem(fn, apimsg, LWIP_API_MSG_SEM(apimsg)); if (err == ERR_OK) { return apimsg->err; } return err; }

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tcpip_send_msg_wait_sem()：

tcpip_callback_fn fn：需要线程安全的netconn内核API。
void *apimsg：API的指针形参。
sys_sem_t *sem：同步信号量。用于阻塞。
发送一个回调函数到TCPIP线程执行的步骤：构建tcpip_msg，发送到tcpip_mbox，由TCPIP内核线程监测、执行。
调用者线程阻塞在自己指定的同步信号量上，函数执行完毕后，由回调函数fn释放该同步信号量来解除调用者线程阻塞。
建议：使用LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING内核安全锁，因为这是运行时开销最小的方法。

err_t tcpip_send_msg_wait_sem(tcpip_callback_fn fn, void *apimsg, sys_sem_t *sem) { #if LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING /* 开启了内核锁，直接在当前线程调用即可 */ LWIP_UNUSED_ARG(sem); LOCK_TCPIP_CORE(); /* 内核锁上锁 */ fn(apimsg); /* 执行回调 */ UNLOCK_TCPIP_CORE(); /* 释放内核锁 */ return ERR_OK; #else /* LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING */ /* 没有开启内核锁，需要把回调函数外包到TCPIP内核线程 */ TCPIP_MSG_VAR_DECLARE(msg); /* 定义一个tcpip_msg */ LWIP_ASSERT("semaphore not initialized", sys_sem_valid(sem)); LWIP_ASSERT("Invalid mbox", sys_mbox_valid_val(tcpip_mbox)); TCPIP_MSG_VAR_ALLOC(msg); /* 开了MPU，这个就为NULL了 */ TCPIP_MSG_VAR_REF(msg).type = TCPIP_MSG_API; /* 无回传的API消息类型 */ TCPIP_MSG_VAR_REF(msg).msg.api_msg.function = fn; /* API */ TCPIP_MSG_VAR_REF(msg).msg.api_msg.msg = apimsg; /* apimsg */ sys_mbox_post(&tcpip_mbox, &TCPIP_MSG_VAR_REF(msg)); /* 往tcpip_mbox发送一个tcpip_msg */ sys_arch_sem_wait(sem, 0); /* 等待同步信号量被回调函数fn()释放 */ TCPIP_MSG_VAR_FREE(msg); /* 释放tcpip_msg */ return ERR_OK; #endif /* LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING */ }

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这个同步信号量，就是用于阻塞的，具体是：netconn接口控制块中的op_completed信号量。

#define LWIP_API_MSG_SEM(msg) (&(msg)->conn->op_completed)

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接口实现例子

通过一个API例子来实例化线程安全的使用。

用户调用netconn用户接口netconn_new()，其实就是netconn_new_with_proto_and_callback()：

#define netconn_new(t) netconn_new_with_proto_and_callback(t, 0, NULL)

而netconn_new_with_proto_and_callback()源码实现如下：

主要内容就是申请api_msg资源，把需要内核执行的netconn内核接口和该接口需要的数据打包到api_msg。然后将该msg发送到lwip内核（或上锁）执行。如果是发送到lwip内核，则当前线程会等待同步信号量conn->op_completed，如果内核执行了netconn内核接口，这个接口会释放该信号量，表示内核已经执行了对应API。

struct netconn * netconn_new_with_proto_and_callback(enum netconn_type t, u8_t proto, netconn_callback callback) { struct netconn *conn; API_MSG_VAR_DECLARE(msg); // 定义一个api_msg数据结构 API_MSG_VAR_ALLOC_RETURN_NULL(msg); // 申请api_msg数据结构资源，指定错误时返回NULL conn = netconn_alloc(t, callback); // 申请netconn控制块资源 if (conn != NULL) { err_t err; API_MSG_VAR_REF(msg).msg.n.proto = proto; // 把用户连接协议记录到api_msg中 API_MSG_VAR_REF(msg).conn = conn; // 把netconn控制块记录到api_msg中 // 把这个api_msg资源和lwip_netconn_do_newconn()函数封装好，在线程安全下跑（上锁或发送到lwip内核） err = netconn_apimsg(lwip_netconn_do_newconn, &API_MSG_VAR_REF(msg)); if (err != ERR_OK) { LWIP_ASSERT("freeing conn without freeing pcb", conn->pcb.tcp == NULL); LWIP_ASSERT("conn has no recvmbox", sys_mbox_valid(&conn->recvmbox)); #if LWIP_TCP LWIP_ASSERT("conn->acceptmbox shouldn't exist", !sys_mbox_valid(&conn->acceptmbox)); #endif /* LWIP_TCP */ #if !LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD LWIP_ASSERT("conn has no op_completed", sys_sem_valid(&conn->op_completed)); sys_sem_free(&conn->op_completed); #endif /* !LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD */ sys_mbox_free(&conn->recvmbox); memp_free(MEMP_NETCONN, conn); API_MSG_VAR_FREE(msg); return NULL; } } API_MSG_VAR_FREE(msg); // 释放api_msg资源 return conn; }

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lwip_netconn_do_newconn()：

创建一个新的特定类型的PCB。
执行完毕，释放信号量，解除调用者线程阻塞。

void lwip_netconn_do_newconn(void *m) { struct api_msg *msg = (struct api_msg *)m; msg->err = ERR_OK; if (msg->conn->pcb.tcp == NULL) { pcb_new(msg); // 创建一个新的特定类型的PCB。 } /* 释放信号量 */ TCPIP_APIMSG_ACK(msg); }

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NETCONN内核接口

参考./src/include/lwip/priv/api_msg.h

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netconn内核接口是在LWIP线程安全的下运行的，要么上lwip内核资源锁，要么发送到lwip内核线程去执行，这些操作俊友netconn用户接口去实现。

netconn内核接口主要封装各个协议栈的RAW接口实现，如果线程安全是发送到lwip内核实现，则需要在业务执行完毕后调用TCPIP_APIMSG_ACK(msg);来解除调用者线程的阻塞。

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部分接口列表：

void lwip_netconn_do_newconn (void *m); void lwip_netconn_do_delconn (void *m); void lwip_netconn_do_bind (void *m); void lwip_netconn_do_bind_if (void *m); void lwip_netconn_do_connect (void *m); void lwip_netconn_do_disconnect (void *m); void lwip_netconn_do_listen (void *m); void lwip_netconn_do_send (void *m); void lwip_netconn_do_recv (void *m); #if TCP_LISTEN_BACKLOG void lwip_netconn_do_accepted (void *m); #endif /* TCP_LISTEN_BACKLOG */ void lwip_netconn_do_write (void *m); void lwip_netconn_do_getaddr (void *m); void lwip_netconn_do_close (void *m); void lwip_netconn_do_shutdown (void *m); #if LWIP_IGMP || (LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD) void lwip_netconn_do_join_leave_group(void *m); void lwip_netconn_do_join_leave_group_netif(void *m); #endif /* LWIP_IGMP || (LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD) */ #if LWIP_DNS void lwip_netconn_do_gethostbyname(void *arg); #endif /* LWIP_DNS */

NETCONN用户接口

netconn接口就不分析源码了，直接描述功能。

这些接口在./src/include/lwip/api.h路径中。

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下面只列出部分API，这些API都有兄嘚API，可以查看上述路径。

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这些接口都是把netconn内核接口封装到api_msg中，然后将其转发到lwip内核线程（或上锁）执行。

netconn_new()：新建一个netconn接口控制块

是一个宏，实际是netconn_new_with_proto_and_callback()：

#define netconn_new(t) netconn_new_with_proto_and_callback(t, 0, NULL) struct netconn * netconn_new_with_proto_and_callback(enum netconn_type t, u8_t proto, netconn_callback callback) {}

创建一个新的netconn，指定协议，指定回调函数。

协议类型查看netconn_type。

回调函数查看netconn_callback:

/* 通知netconn事件的回调原型 */ typedef void (* netconn_callback)(struct netconn *, enum netconn_evt, u16_t len);

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netconn_delete()：删除一个netconn接口控制块

netconn_delete()函数关闭一个netconn“连接”并释放它的资源。

UDP和RAW连接是完全关闭的，TCP pcb可能仍然在等待状态后返回。

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netconn_getaddr()：获取地址信息

获取netconn的local或remote的IP地址和端口号。

对于RAW类型的netconn，返回的不是端口号，而是协议。

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netconn_bind()：绑定本地IP&PORT

netconn绑定指定的local IP地址和端口号。

一个netconn连续两次绑定同一个IP（注意任意IP）和端口号，第二次会响应绑定失败。

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netconn_connect()：连接远端

netconn连接到指定的remote IP和端口号。

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netconn_disconnect()：断开连接

netconn断开当前连接（仅对UDP netconn有效）

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netconn_listen()：监听

设置一个TCP netconn进入监听模式，设置backlog数量上限。

#define netconn_listen(conn) netconn_listen_with_backlog(conn, TCP_DEFAULT_LISTEN_BACKLOG)

TCP_DEFAULT_LISTEN_BACKLOG默认0xff。

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netconn_accept()：接受连接

accept()一个新的TCP客户端连接。

服务器调用该函数可以从conn->acceptmbox邮箱中获取一个新的连接，如果邮箱为空，该函数会一直阻塞，直至有新的连接到来。

在调用次函数之前，先调用netconn_listen()让服务器加入监听状态。

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netconn_recv()：接收数据

该函数是从conn->recvmbox邮箱中等待数据消息：这些消息就是数据缓存队列：

对于UDP连接：回调函数recv_udp()会先将接收到的UDP数据封装在netbuf结构中，然后将数据消息投递到邮箱中。
对于TCP连接：投递到该邮箱中的数据依然是pbuf封装的，在接收到数据包后，函数netconn_recv()才将这些pbuf封装成netbuf。然后发送一个API消息lwip_netconn_do_recv()到内核，告知TCP内核，本次已经从TCP缓存中接收了多少数据，让内核调用tcp_recved()函数滑动接收窗口。

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