Linux内核--网络协议栈深入分析(一)--与sk_buff有关的几个重要的数据结构

本文分析基于Linux Kernel 3.2.1

原创作品，转载请标明http://blog.csdn.net/yming0221/article/details/7971463

更多请查看专栏http://blog.csdn.net/column/details/linux-kernel-net.html

作者：闫明

几个月之前做了关于Linux内核版本1.2.13网络栈的结构框架分析并实现了基于Netfilter的包过滤防火墙，这里以内核3.2.1内核为例来进一步分析，更全面的分析网络栈的结构。

1、先说一下sk_buff结构体

这个结构体是套接字的缓冲区，详细记录了一个数据包的组成，时间、网络设备、各层的首部及首部长度和数据的首尾指针。

下面是他的定义，挺长

struct sk_buff {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff		*next;
struct sk_buff		*prev;

ktime_t			tstamp;

struct sock		*sk;
struct net_device	*dev;

/*
* This is the control buffer. It is free to use for every
* layer. Please put your private variables there. If you
* want to keep them across layers you have to do a skb_clone()
* first. This is owned by whoever has the skb queued ATM.
*/
char			cb[48] __aligned(8);

unsigned long		_skb_refdst;
#ifdef CONFIG_XFRM
struct	sec_path	*sp;
#endif
unsigned int		len,
data_len;
__u16			mac_len,
hdr_len;
union {
__wsum		csum;
struct {
__u16	csum_start;
__u16	csum_offset;
};
};
__u32			priority;
kmemcheck_bitfield_begin(flags1);
__u8			local_df:1,
cloned:1,
ip_summed:2,
nohdr:1,
nfctinfo:3;
__u8			pkt_type:3,
fclone:2,
ipvs_property:1,
peeked:1,
nf_trace:1;
kmemcheck_bitfield_end(flags1);
__be16			protocol;

void			(*destructor)(struct sk_buff *skb);
#if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)
struct nf_conntrack	*nfct;
#endif
#ifdef NET_SKBUFF_NF_DEFRAG_NEEDED
struct sk_buff		*nfct_reasm;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
struct nf_bridge_info	*nf_bridge;
#endif

int			skb_iif;
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
__u16			tc_index;	/* traffic control index */
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
__u16			tc_verd;	/* traffic control verdict */
#endif
#endif

__u32			rxhash;

__u16			queue_mapping;
kmemcheck_bitfield_begin(flags2);
#ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE
__u8			ndisc_nodetype:2;
#endif
__u8			ooo_okay:1;
__u8			l4_rxhash:1;
kmemcheck_bitfield_end(flags2);

/* 0/13 bit hole */

#ifdef CONFIG_NET_DMA
dma_cookie_t		dma_cookie;
#endif
#ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK
__u32			secmark;
#endif
union {
__u32		mark;
__u32		dropcount;
};

__u16			vlan_tci;

sk_buff_data_t		transport_header;
sk_buff_data_t		network_header;
sk_buff_data_t		mac_header;
/* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */
sk_buff_data_t		tail;
sk_buff_data_t		end;
unsigned char		*head,
*data;
unsigned int		truesize;
atomic_t		users;
};

可以看到新版本内核中发生了很多变化，其中数据包的首部在早期版本是以union的形式定义的，例如mac_header的定义方式如下：

union{
struct ethhdr *ethernet;
unsigned char *raw;
}mac;

这里是以指针的形式给出的

#ifdef NET_SKBUFF_DATA_USES_OFFSET
typedef unsigned int sk_buff_data_t;
#else
typedef unsigned char *sk_buff_data_t;
#endif

这里主要说明下后面几个后面的四个属性的含义head、data、tail、end

head是缓冲区的头指针，data是数据的起始地址，tail是数据的结束地址，end是缓冲区的结束地址。



char cb[48] __aligned(8);中的48个字节是控制字段，配合各层协议工作，为每层存储必要的控制信息。

2、sk_buff_head结构体

struct sk_buff_head {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff	*next;
struct sk_buff	*prev;

__u32		qlen;
spinlock_t	lock;
};

这个结构体比较简单，前面两个指针是用于和sk_buff结构串成双向链表，用于管理sk_buff双链表，qlen属性表示该链表中sk_buff的数目，lock是自旋锁。

3、skb_shared_info结构体

struct skb_shared_info {
unsigned short	nr_frags;
unsigned short	gso_size;//尺寸
/* Warning: this field is not always filled in (UFO)! */
unsigned short	gso_segs;//顺序
unsigned short  gso_type;
__be32          ip6_frag_id;
__u8		tx_flags;
struct sk_buff	*frag_list;//分片的sk_buff列表
struct skb_shared_hwtstamps hwtstamps;//硬件时间戳

/*
* Warning : all fields before dataref are cleared in __alloc_skb()
*/
atomic_t	dataref;//使用计数

/* Intermediate layers must ensure that destructor_arg
* remains valid until skb destructor */
void *		destructor_arg;

/* must be last field, see pskb_expand_head() */
skb_frag_t	frags[MAX_SKB_FRAGS];
};

该类型用来管理数据包分片信息，通过宏可以表示与skb的关系

#define skb_shinfo(SKB)	((struct skb_shared_info *)(skb_end_pointer(SKB)))

#ifdef NET_SKBUFF_DATA_USES_OFFSET
static inline unsigned char *skb_end_pointer(const struct sk_buff *skb)
{
return skb->head + skb->end;
}
#else
static inline unsigned char *skb_end_pointer(const struct sk_buff *skb)
{
return skb->end;
}
#endif

可以看到如果用户没有自己使用偏移量，就是skb的end属性指针，也就是该信息存储在缓冲区之后。

下篇将看有关sk_buff的操作函数的实现。