Linux内核sk_buff的结构分析

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我看的Linux内核版本是2.6.32.

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-data buff,第三个是paged-data buff(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。

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

 __u32  qlen;
 spinlock_t lock;
};

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。

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

//表示从属于那个socket,主要是被4层用到。
 struct sock  *sk;
//表示这个skb被接收的时间。
 ktime_t   tstamp;
//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)
 struct net_device *dev;
///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
 unsigned long  _skb_dst;
#ifdef CONFIG_XFRM
 struct sec_path *sp;
#endif
///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。
 char   cb[48];
///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。
 unsigned int  len,
///这个长度只表示切片数据的长度,也就是skb_shared_info中的长度。
    data_len;
///这个长度表示mac头的长度(2层的头的长度)
 __u16   mac_len,
///这个主要用于clone的时候,它表示clone的skb的头的长度。
    hdr_len;

///接下来是校验相关的域。
 union {
  __wsum  csum;
  struct {
   __u16 csum_start;
   __u16 csum_offset;
  };
 };
///优先级,主要用于QOS。
 __u32   priority;
 kmemcheck_bitfield_begin(flags1);
///接下来是一些标志位。
//首先是是否可以本地切片的标志。
 __u8   local_df:1,
///为1说明头可能被clone。
    cloned:1,
///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)
    ip_summed:2,
///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。
    nohdr:1,
///这个域不太理解什么意思。
    nfctinfo:3;

///pkt_type主要是表示数据包的类型,比如多播,单播,回环等等。
 __u8   pkt_type:3,
///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。
    fclone:2,
///ipvs拥有的域。
    ipvs_property:1,
///这个域应该是udp使用的一个域。表示只是查看数据。
    peeked:1,
///netfilter使用的域。是一个trace 标记
    nf_trace:1;
///这个表示L3层的协议。比如IP,IPV6等等。
 __be16   protocol:16;
 kmemcheck_bitfield_end(flags1);
///skb的析构函数,一般都是设置为sock_rfree或者sock_wfree.
 void   (*destructor)(struct sk_buff *skb);

///netfilter相关的域。
#if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)
 struct nf_conntrack *nfct;
 struct sk_buff  *nfct_reasm;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
 struct nf_bridge_info *nf_bridge;
#endif

///接收设备的index。
 int   iif;

///流量控制的相关域。
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
 __u16   tc_index; /* traffic control index */
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
 __u16   tc_verd; /* traffic control verdict */
#endif
#endif

 kmemcheck_bitfield_begin(flags2);
///多队列设备的映射,也就是说映射到那个队列。
 __u16   queue_mapping:16;
#ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE
 __u8   ndisc_nodetype:2;
#endif
 kmemcheck_bitfield_end(flags2);

 /* 0/14 bit hole */

#ifdef CONFIG_NET_DMA
 dma_cookie_t  dma_cookie;
#endif
#ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK
 __u32   secmark;
#endif
///skb的标记。
 __u32   mark;

///vlan的控制tag。
 __u16   vlan_tci;

///传输层的头
 sk_buff_data_t  transport_header;
///网络层的头
 sk_buff_data_t  network_header;
///链路层的头。
 sk_buff_data_t  mac_header;
///接下来就是几个操作skb数据的指针。下面会详细介绍。
 sk_buff_data_t  tail;
 sk_buff_data_t  end;
 unsigned char  *head,
    *dat

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