Linux内核中skb的分配与释放流程解析

"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。