Linux内核中skb的分配与释放流程解析
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更新于2024-08-08
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"本文档分析了skb(socket buffer)在Linux内核中的分配与释放流程,涉及网卡驱动、协议栈以及slab缓存机制。通过对e1000e网卡驱动的示例,展示了从接收数据包到发送数据包的整个过程中,skb如何被分配、使用和回收。"
在Linux网络子系统中,skb(sk_buff,socket buffer)是用于存储网络数据包的一种数据结构。在网卡驱动层,skb的分配和释放是关键步骤,以确保高效的数据传输。
**skb分配流程**:
1. **R1**: 内核通过`__alloc_skb()`函数在软中断上下文中为网卡接收数据分配skb,并将其放入接收ring(rx_ring)。
2. **R2**: 网卡接收到网络数据后,将数据写入R1中分配的skb。
3. **R3**: 内核处理来自网卡的数据,完成接收后,调用`dev_kfree_skb()`释放R1中的skb,以便重新使用。
**skb发送流程**:
1. **T1**: 内核在准备发送数据时,将待发送的skb写入发送ring(tx_ring)。
2. **T2**: 网卡读取T1中的skb并发送数据包。
3. **T3**: 数据包发送完成后,内核调用`dev_kfree_skb()`释放已经发送的skb。
在内核核心层,skb的分配和释放流程更为复杂:
1. **K1**: 内核从skbuff高速缓存中获取skb,但实际数据存储在`skb->data`指向的通用高速缓存中获取的内存块。
2. **K2**: 从通用高速缓存中分配内存块用于存储数据。
3. **K3**: 合并K1和K2分配的内存块。
4. **K4**: 数据包经过协议栈处理。
5. **K5**: 数据包被发送出去。
6. **K6**: 如果内核不再需要skb,调用`kfree_skb()`释放它。
7. **K7**: 网卡驱动使用`dev_kfree_skb()`释放已发送的skb,这与`kfree_skb()`类似。
8. **K8**: 释放的skb返回到skbuff高速缓存。
9. **K9**: 分配的内存块返回到通用高速缓存。
**高速缓存结构**:
- **图3**和**图4**展示了高速缓存的逻辑结构,它们是由多个物理页组成的,而skb和内存块就是这些物理页的一部分。
- **图5**详细描绘了skbuff高速缓存的结构,包括slab缓存的管理和内存分配策略。
- **图6**展示了skb在内核中的传递流程,从分配到释放,贯穿整个网络协议栈。
总结来说,skb的生命周期管理涉及多个层面,从硬件层面的网卡驱动到软件层面的内核协议栈,以及内核内存管理机制。这一过程充分利用了高速缓存(如slab)来提高效率,确保了网络数据包的快速处理和有效利用资源。理解这一流程对于优化网络性能和解决网络相关问题至关重要。
2021-09-29 上传
2024-07-04 上传
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2023-09-06 上传
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