首页 / 操作系统 / Linux / Linux内核中sk_buff分析

在内核中sk_buff表示一个网络数据包，它是一个双向链表，而链表头就是sk_buff_head,在老的内核里面sk_buff会有一个list域直接指向sk_buff_head也就是链表头，现在在2.6.32里面这个域已经被删除了。 

而sk_buff的内存布局可以分作3个段，第一个就是sk_buff自身，第二个是linear-databuff,第三个是paged-databuff（也就是skb_shared_info）。 

ok.我们先来看sk_buff_head的结构。它也就是所有sk_buff的头。 

1. struct sk_buff_head {  
2.     /* These two members must be first. */  
3.     struct sk_buff  *next;  
4.     struct sk_buff  *prev;  
5.   
6.     __u32       qlen;  
7.     spinlock_t  lock;  
8. }; 

这里可以看到前两个域是和sk_buff一致的，而且内核的注释是必须放到最前面。这里的原因是： 

这使得两个不同的结构可以放到同一个链表中，尽管sk_buff_head要比sk_buff小巧的多。另外，相同的函数可以同样应用于sk_buff和sk_buff_head。 

然后qlen域表示了当前的sk_buff链上包含多少个skb。 

lock域是自旋锁。 

然后我们来看sk_buff，下面就是skb的结构： 

我这里注释了一些简单的域，复杂的域下面会单独解释。

1.   
2. struct sk_buff {  
3.     /* These two members must be first. */  
4.     struct sk_buff      *next;  
5.     struct sk_buff      *prev;  
6.   
7. //表示从属于那个socket，主要是被4层用到。   
8.     struct sock     *sk;  
9. //表示这个skb被接收的时间。   
10.     ktime_t         tstamp;  
11. //这个表示一个网络设备，当skb为输出时它表示skb将要输出的设备，当接收时，它表示输入设备。要注意，这个设备有可能会是虚拟设备（在3层以上看来）   
12.     struct net_device   *dev;  
13. ///这里其实应该是dst_entry类型，不知道为什么内核要改为ul。这个域主要用于路由子系统。这个数据结构保存了一些路由相关信息   
14.     unsigned long       _skb_dst;  
15. #ifdef CONFIG_XFRM  
16.     struct  sec_path    *sp;  
17. #endif  
18. ///这个域很重要，我们下面会详细说明。这里只需要知道这个域是保存每层的控制信息的就够了。   
19.     char            cb[48];  
20. ///这个长度表示当前的skb中的数据的长度，这个长度即包括buf中的数据也包括切片的数据，也就是保存在skb_shared_info中的数据。这个值是会随着从一层到另一层而改变的。下面我们会对比这几个长度的。   
21.     unsigned int        len,  
22. ///这个长度只表示切片数据的长度，也就是skb_shared_info中的长度。   
23.                 data_len;  
24. ///这个长度表示mac头的长度（2层的头的长度）   
25.     __u16           mac_len,  
26. ///这个主要用于clone的时候，它表示clone的skb的头的长度。   
27.                 hdr_len;  
28.   
29. ///接下来是校验相关的域。   
30.     union {  
31.         __wsum      csum;  
32.         struct {  
33.             __u16   csum_start;  
34.             __u16   csum_offset;  
35.         };  
36.     };  
37. ///优先级，主要用于QOS。   
38.     __u32           priority;  
39.     kmemcheck_bitfield_begin（flags1）;  
40. ///接下来是一些标志位。   
41. //首先是是否可以本地切片的标志。   
42.     __u8            local_df:1,  
43. ///为1说明头可能被clone。   
44.                 cloned:1,  
45. ///这个表示校验相关的一个标记,表示硬件驱动是否为我们已经进行了校验（前面的blog有介绍）   
46.                 ip_summed:2,  
47. ///这个域如果为1,则说明这个skb的头域指针已经分配完毕，因此这个时候计算头的长度只需要head和data的差就可以了。   
48.                 nohdr:1,  
49. ///这个域不太理解什么意思。   
50.                 nfctinfo:3;  
51.   
52. ///pkt_type主要是表示数据包的类型，比如多播，单播，回环等等。   
53.     __u8            pkt_type:3,  
54. ///这个域是一个clone标记。主要是在fast clone中被设置，我们后面讲到fast clone时会详细介绍这个域。   
55.                 fclone:2,  
56. ///ipvs拥有的域。   
57.                 ipvs_property:1,  
58. ///这个域应该是udp使用的一个域。表示只是查看数据。   
59.                 peeked:1,  
60. ///netfilter使用的域。是一个trace 标记   
61.                 nf_trace:1;  
62. ///这个表示L3层的协议。比如IP,IPV6等等。   
63.     __be16          protocol:16;  
64.     kmemcheck_bitfield_end（flags1）;  
65. ///skb的析构函数，一般都是设置为sock_rfree或者sock_wfree.   
66.     void            （*destructor）（struct sk_buff *skb）;  
67.   
68. ///netfilter相关的域。   
69. #if defined（CONFIG_NF_CONNTRACK） || defined（CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE）  
70.     struct nf_conntrack *nfct;  
71.     struct sk_buff      *nfct_reasm;  
72. #endif  
73. #ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER  
74.     struct nf_bridge_info   *nf_bridge;  
75. #endif  
76.   
77. ///接收设备的index。   
78.     int         iif;  
79.   
80. ///流量控制的相关域。   
81. #ifdef CONFIG_NET_SCHED  
82.     __u16           tc_index;   /* traffic control index */  
83. #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT  
84.     __u16           tc_verd;    /* traffic control verdict */  
85. #endif  
86. #endif  
87.   
88.     kmemcheck_bitfield_begin（flags2）;  
89. ///多队列设备的映射，也就是说映射到那个队列。   
90.     __u16           queue_mapping:16;  
91. #ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE  
92.     __u8            ndisc_nodetype:2;  
93. #endif  
94.     kmemcheck_bitfield_end（flags2）;  
95.   
96.     /* 0/14 bit hole */  
97.   
98. #ifdef CONFIG_NET_DMA  
99.     dma_cookie_t        dma_cookie;  
100. #endif  
101. #ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK  
102.     __u32           secmark;  
103. #endif  
104. ///skb的标记。   
105.     __u32           mark;  
106.   
107. ///vlan的控制tag。   
108.     __u16           vlan_tci;  
109.   
110. ///传输层的头   
111.     sk_buff_data_t      transport_header;  
112. ///网络层的头   
113.     sk_buff_data_t      network_header;  
114. ///链路层的头。   
115.     sk_buff_data_t      mac_header;  
116. ///接下来就是几个操作skb数据的指针。下面会详细介绍。   
117.     sk_buff_data_t      tail;  
118.     sk_buff_data_t      end;  
119.     unsigned char       *head,  
120.                 *data;  
121. ///这个表示整个skb的大小，包括skb本身，以及数据。   
122.     unsigned int        truesize;  
123. ///skb的引用计数   
124.     atomic_t        users;  
125. };  

我们来看前面没有解释的那些域。 

先来看cb域，他保存了每层所独自需要的内部数据。我们来看tcp的例子。 

我们知道tcp层的控制信息保存在tcp_skb_cb中，因此来看内核提供的宏来存取这个数据结构：  

1. #define TCP_SKB_CB（__skb）  （（struct tcp_skb_cb *）&（（__skb）->cb[0]））  

在ip层的话，我们可能会用cb来存取切片好的帧。  

1. #define FRAG_CB（skb）    （（struct ipfrag_skb_cb *）（（skb）->cb））