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))  

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