sk_buff结构分析



sk_buff结构分析 2012-07-12 11:30:32

分类： LINUX

前言：

以下是根据《深入理解Linux网络技术内幕》对sk_buff的相关总结，由于是刚刚看这本书（太厚了），不免在前期出现错误，随着对此书的深入我会在修改前面的错误，也希望各位牛人给予指点。帮助我成长。
sk_buff分析：

sk_buff是Linux网络代码中最重要的结构体之一。它是Linux在其协议栈里传送的结构体，也就是所谓的“包”，在他里面包含了各层协议的头部，比如ethernet,
ip ,tcp ,udp等等。也有相关的操作等。熟悉他是进一步了解Linux网络协议栈的基础。
此结构定义在<include/linux/skbuff.h>头文件中，结构体布局大致可分为以下四部分：

l
布局（layout）
l
通用（general）
l
功能专用（feature-specific）
l
管理函数（management functions）
网络选项以及内核结构

我们可以看到在此结构体里有很多预处理，他是在需要指定相应功能时才起作用，我们在这里先对通用的作出分析。

布局字段：

sk_buff是一个复杂的双向链表，在他结构中有next和prev指针，分别指向链表的下一个节点和前一个节点。并且为了某些需求（不知道是哪些目前）需要很快定位到链表头部，所以还有一个指向链表头部的指针list(我在2.6.25内核没有发现这个指针)。

sk_buff_head结构是：

struct sk_buff_head {

/* These two members must be first. */

struct sk_buff *next;

struct sk_buff *prev;

__u32 qlen; //代表元素节点数目

spinlock_t lock; //加锁，防止对表的并发访问

};



struct sock *sk

这个指针指向一个套接字sock数据结构。当数据在本地产生或者本地进程接受时，需要这个指针；里面的数据会有tcp/udp和用户态程序使用。如果是转发此指针为NULL
unsigned int len

缓冲区中数据块大小。长度包括：主要缓冲区（head所指）的数据以及一些片断（fragment）的数据。当包在协议栈向上或向下走时，其大小会变，因为有头部的丢弃和添加。
unsigned int data_len

片段中数据大小
unsigned int mac_len

mac包头大小
atomic_t users

引用计数，使用这个sk_buff的使用者的数目，可能有多个函数要使用同一个sk_buff所以防止提前释放掉，设置此计数

unsigned int truesize

此缓冲区总大小，包括sk_buff。sk_buff只不过是个指针的集合，他所指的才是真正的数据区，所以是两部分。（见下图）

sk_buff_data_t tail;

sk_buff_data_t end;

unsigned char *head, *data;

这些指针很重要，他们指向的是真正的数据区，他们的边界。head和end指向的是数据区的开端和尾端（注意和data，tail区别）如下图，data和tail指向的是实际数据的开头和结尾。

因为数据区在协议栈走的时候要一层层添加或去掉一些数据（比如报头）所以申请一块大的足够的内存，然后在往里放东西。真实的实际数据可能用不了这么多，所以用data,tail指向真实的，head,tail指向边界。刚开始没填充数据时前三个指针指向的是一个地方。





void (*destructor) (…….)

此函数指针被初始化一个函数，当此缓冲区删除时，完成某些工作。

通用字段

struct timeval stamp（2.6.25没有，估计是ktime_t tstamp）

时间戳，表示何时被接受或有时表示包预定的传输时间

struct net_device *dev

描述一个网络设备，我会以后分析他。

sk_buff_data_t transport_header; //L4

sk_buff_data_t network_header; //L3

sk_buff_data_t mac_header; //L2

这些指针分别指向报文头部，和2.4版本比较有了变化，不再是联合体，使用更加方便了，Linux给出了很方便的函数直接定位到各层的头部。下图是2.4版本的，只是说明一下。



struct dst_entry dst

路由子系统使用。目前不知道怎么回事呢。据说比较复杂。

char cb[40]

缓冲控制区，用来存储私有信息的空间。比如tcp用这个空间存储一个结构体tcp_skb_cb
，可以用宏TCP_SKB_CB(__skb)定位到他，然后使用里面的变量。

ip_summed:2

__wsum csum;

校验和

unsigned char pkt_type

根据L2层帧的目的地址进行类型划分。

unsigned char cloned

表示该结构是另一个sk_buff克隆的。

__u32 priority;

QoS等级

__be16 protocol;

从L2层设备驱动看使用在下一个较高层的协议。

功能专用字段

Linux是模块化的，你编译时可以带上特定功能，比如netfilter等，相应的字段才会生效。应该是那些预定义控制的。

管理函数

下面这个图是:（a*）skb_put;
(b*) skb_push; (c*) skb_pull (d*) skb_reserve的使用，主要是对skb_buf所指向的数据区的指针移动。（数据预留以及对齐）



下图是用skb_reserve函数，把一个14字节的ethernet帧拷贝到缓冲区。skb_reserve(skb,
2)， 2表示16字节对齐。14+2=16



下图是穿过协议栈从tcp层向下到链路层的过程



分配内存：

alloc_skb 分配缓冲区和一个sk_buff结构

dev_alloc_skb 设备驱动程序使用的缓冲区分配函数

释放内存：

kfree_skb 只有skb->users计数器为1时才释放

dev_kfree_skb

缓冲区克隆函数 skb_clone

列表管理函数：

skb_queue_head_init

队列初始化

skb_queue_head , skb_queue_tail

把一个缓冲区添加到队列头或尾

skb_dequeue, skb_dequeue_tail

从头或尾去掉

skb_queue_purge

把队列变空

skb_queue_walk

循环队列每个元素