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。