一、目的

LwIP能够在嵌入式领域如此出类拔萃其优异的性能和极少的资源占用令人称赞除此之外个人觉得其出色的代码设计和调试技巧也是不可忽略的。

本篇博文我们就来讲讲LwIP中内嵌的性能统计功能。

二、介绍

什么是性能统计

LwIP中有各种数据包的处理包括数据包的接收和发送以及各层协议处理为了记录这些信息LwIP中专门实现了性能统计模块

涉及的源文件

stats.h
stats.c

性能统计结构体

/** lwIP stats container */
struct stats_ {
#if LINK_STATS
  /** Link level */
  struct stats_proto link;
#endif
#if ETHARP_STATS
  /** ARP */
  struct stats_proto etharp;
#endif
#if IPFRAG_STATS
  /** Fragmentation */
  struct stats_proto ip_frag;
#endif
#if IP_STATS
  /** IP */
  struct stats_proto ip;
#endif
#if ICMP_STATS
  /** ICMP */
  struct stats_proto icmp;
#endif
#if IGMP_STATS
  /** IGMP */
  struct stats_igmp igmp;
#endif
#if UDP_STATS
  /** UDP */
  struct stats_proto udp;
#endif
#if TCP_STATS
  /** TCP */
  struct stats_proto tcp;
#endif
#if MEM_STATS
  /** Heap */
  struct stats_mem mem;
#endif
#if MEMP_STATS
  /** Internal memory pools */
  struct stats_mem *memp[MEMP_MAX];
#endif
#if SYS_STATS
  /** System */
  struct stats_sys sys;
#endif
#if IP6_STATS
  /** IPv6 */
  struct stats_proto ip6;
#endif
#if ICMP6_STATS
  /** ICMP6 */
  struct stats_proto icmp6;
#endif
#if IP6_FRAG_STATS
  /** IPv6 fragmentation */
  struct stats_proto ip6_frag;
#endif
#if MLD6_STATS
  /** Multicast listener discovery */
  struct stats_igmp mld6;
#endif
#if ND6_STATS
  /** Neighbor discovery */
  struct stats_proto nd6;
#endif
#if MIB2_STATS
  /** SNMP MIB2 */
  struct stats_mib2 mib2;
#endif
};

从上面的定义来看在LwIP中可以统计内存使用情况可以统计协议栈中各层的数据包吞吐量。

此处我们针对struct stats_mem和struct stats_proto这两个结构体的定义进行说明

stats_mem结构体

     用于统计内存的使用情况包括内存堆和各个内存池

/** Memory stats */
struct stats_mem {
#if defined(LWIP_DEBUG) || LWIP_STATS_DISPLAY
  const char *name;
#endif /* defined(LWIP_DEBUG) || LWIP_STATS_DISPLAY */
  STAT_COUNTER err;
  mem_size_t avail;
  mem_size_t used;
  mem_size_t max;
  STAT_COUNTER illegal;
};

各字段含义说明

err内存分配出错次数

avail可使用的内存数量

used已经使用的内存数量

max运行过程中最大使用的内存量

illegal内存操作非法的次数

---

stats_proto结构体

用于统计数据包的收发情况

/** Protocol related stats */
struct stats_proto {
  STAT_COUNTER xmit;             /* Transmitted packets. */
  STAT_COUNTER recv;             /* Received packets. */
  STAT_COUNTER fw;               /* Forwarded packets. */
  STAT_COUNTER drop;             /* Dropped packets. */
  STAT_COUNTER chkerr;           /* Checksum error. */
  STAT_COUNTER lenerr;           /* Invalid length error. */
  STAT_COUNTER memerr;           /* Out of memory error. */
  STAT_COUNTER rterr;            /* Routing error. */
  STAT_COUNTER proterr;          /* Protocol error. */
  STAT_COUNTER opterr;           /* Error in options. */
  STAT_COUNTER err;              /* Misc error. */
  STAT_COUNTER cachehit;
};

各个字段含义

xmit发送的数据包量

recv接收到的数据包量

fw转发的数据包量

drop丢弃的数据包量

chkerr校验和出错的数据包数量

lenerr非法长度的数据包量

memerr由于内存分配失败的数据量

rterr路由出错的次数

proterr协议出错数

opterr可选字段的错误数

err其他错误的次数

cachehit缓存命中次数

---

为了更好的处理各个字段值LwIP中定义了一组宏定义

#define STATS_INC(x) ++lwip_stats.x
#define STATS_DEC(x) --lwip_stats.x
#define STATS_INC_USED(x, y, type) do { lwip_stats.x.used = (type)(lwip_stats.x.used + y); \
                                if (lwip_stats.x.max < lwip_stats.x.used) { \
                                    lwip_stats.x.max = lwip_stats.x.used; \
                                } \
                             } while(0)
#define STATS_GET(x) lwip_stats.x
#else /* LWIP_STATS */
#define stats_init()
#define STATS_INC(x)
#define STATS_DEC(x)
#define STATS_INC_USED(x, y, type)
#endif /* LWIP_STATS */

#if TCP_STATS
#define TCP_STATS_INC(x) STATS_INC(x)
#define TCP_STATS_DISPLAY() stats_display_proto(&lwip_stats.tcp, "TCP")
#else
#define TCP_STATS_INC(x)
#define TCP_STATS_DISPLAY()
#endif

#if MEMP_STATS
#define MEMP_STATS_DEC(x, i) STATS_DEC(memp[i]->x)
#define MEMP_STATS_DISPLAY(i) stats_display_memp(lwip_stats.memp[i], i)
#define MEMP_STATS_GET(x, i) STATS_GET(memp[i]->x)
 #else
#define MEMP_STATS_DEC(x, i)
#define MEMP_STATS_DISPLAY(i)
#define MEMP_STATS_GET(x, i) 0
#endif

例如在memp.c的实现中针对内存池的统计就有如下的代码

static void
do_memp_free_pool(const struct memp_desc *desc, void *mem)
{
  struct memp *memp;
  SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);

  LWIP_ASSERT("memp_free: mem properly aligned",
              ((mem_ptr_t)mem % MEM_ALIGNMENT) == 0);

  /* cast through void* to get rid of alignment warnings */
  memp = (struct memp *)(void *)((u8_t *)mem - MEMP_SIZE);

  SYS_ARCH_PROTECT(old_level);

#if MEMP_OVERFLOW_CHECK == 1
  memp_overflow_check_element(memp, desc);
#endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */

#if MEMP_STATS
  desc->stats->used--;
#endif

#if MEMP_MEM_MALLOC
  LWIP_UNUSED_ARG(desc);
  SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
  mem_free(memp);
#else /* MEMP_MEM_MALLOC */
  memp->next = *desc->tab;
  *desc->tab = memp;

#if MEMP_SANITY_CHECK
  LWIP_ASSERT("memp sanity", memp_sanity(desc));
#endif /* MEMP_SANITY_CHECK */

  SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
#endif /* !MEMP_MEM_MALLOC */
}

其中代码片段针对内存池已经使用的数量进行了操作

#if MEMP_STATS
  desc->stats->used--;
#endif

以上就是LwIP中的性能统计的相关内容。