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sk_buff详解

(2) header data–独立于sk_buff结构体的数据缓冲区,用来存放报文分组,使各层协议的header存储在连续的空间中,以方便协议栈对其操作

表示接收或发送数据包的包头信息,其成员变量在从一层向另一层传递时会发生修改。例如L3向L2传递前,会添加一个L3的头部,所以在添加头部前调用skb_reserve在缓冲区的头部给协议头预留一定的空间;L2向L3传递时候,L2的头部只有在 网络驱动处理L2的协议时有用,L3是不会关心它的信息的。但是,内核不会把L2的头部从缓冲区中删除,

指向TCP/IP各层协议头的指针:h指向L4(传输层),nh指向L3(网络层),mac指向L2(数据链路层)。每个指针的类型都是一个联合, 包含多个数据结构,

表示缓冲区和数据部分的边界。在每一层申请缓冲区时,它会分配比协议头或协议数据大的空间。head和end指向缓冲区的头部和尾部,而data和 tail指向实际数据的头部和尾部。每一层会在head和data之间填充协议头,或者在tail和end之间添加新的协议数据。数据部分会在尾部包含一 个附加的头部。

下图是TCP(L4)向下发送数据给链路层L2的过程。注意skb_buff-data在从L4向L2穿越过程中的变化

内核通过alloc_skb()和dev_alloc_skb()为套接字缓存申请内存空间。这两个函数的定义位于net/core/skbuff.c文件内。通过这alloc_skb()申请的内存空间有两个,一个是存放实际报文数据的内存空间,通过kmalloc()函数申请;一个是sk_buff数据结构的内存空间,通过 kmem_cache_alloc()函数申请。dev_alloc_skb()的功能与alloc_skb()类似,它只被驱动程序的中断所调用,与alloc_skb()比较只是申请的内存空间长度多了16个字节。

在具体分配数据区之前首先要对数据区的长度进行 ALIGN 操作, 通过宏 SKB_DATA_ALIGN 来重新确定 size 大小. 然后戏台调用 kmalloc 函数分配数据区 :

SKB 的分配时机主要有两种,最常见的一种是在网卡的中断中,有数据包到达的时,系统分配 SKB 包进行包处理; 第二种情况是主动分配 SKB 包用于各种调试或者其他处理环境.

SKB 在分配的过程中使用了一个小技巧 : 即在数据区中预留了 128 个字节大小的空间作为协议头使用, 通过移动 SKB 的 data 与 tail 指针的位置来实现这个功能.

put 操作是 SKB 中一个非常频繁也是非常重要的操作, 但是, skb_put()函数其实什么也没做!

它只是根据数据的长度移动了 tail 指针并改写了 skb-len 的值,其他的什么都没做,然后就返回了 skb-data 指针(就是 tail 指针在移动之前的位置). 看上去此函数仿佛要拷贝数据到 skb 的数据区中,其实这事儿是 insl 这个函数干的,跟 skb_put() 函数毫不相关,不过它仍然很重要.

当数据到达网卡后,会触发网卡的中断,从而进入 ISR 中,系统会在 ISR 中计算出此次接收到的数据的字节数 : pkt_len, 然后调用 SKB 分配函数来分配 SKB :

kfree_skb(skb); // 注意,如果此时是钩子函数钩出来的,则skb不能在这里释放,否则会造成死机。

注意:当调用skb_copy_expand或者修改了skb的数据域后,一定要更新udph-len和ipv6h-payload_len。否则上层应用(比如udp套接字)收到的数据包还是原来的数据包而不是修改后的数据包,因为udph-len的原因。

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