Linux内核网络子系统：sk_buff深度解析

"该文档是关于Linux内核网络子系统中的核心数据结构sk_buff的深入解析，由杨毅在2008年12月31日撰写。它主要探讨了sk_buff结构体中关键成员变量的含义和使用，以及与之相关的各种问题，如长度计算、引用计数、指针关系、数据复制、分配和释放，以及skb的数据区域划分等。" sk_buff是Linux内核网络子系统中的关键数据结构，用于在网络层和传输层之间传递数据包。它包含了网络数据包的所有信息，包括数据缓冲区的管理和元数据的存储。 1. 几个长度有关的成员变量： - `skb->len`: 表示skb管理的数据缓冲区中数据的总长度，包括线性和分页部分。 - `skb->data_len`: 只计算线性数据区域的长度，不包括非连续的分页部分。 - `skb->truesize`: 表示整个sk_buff结构及其数据缓冲区的总大小，包括所有内存分配。 - 函数`skb_headlen()`返回线性数据区域的长度，而`skb_pagelen()`则表示分页部分的长度。这些函数在处理数据包时根据不同的需求使用。 2. 引用计数的区别： - `skb->users`: 记录skb被引用的次数，当计数为0时，可以安全地释放skb。 - `skb->cloned`: 如果为1，表示skb是原始skb的克隆，释放时需要考虑其他引用该skb的对象。 - `skb_shared_info->dataref`: 用于管理分页数据的引用计数，当数据在多个skb间共享时使用。 3. 指针的关系和移动： - `head/data/tail/end`: 描述了线性数据缓冲区的范围，head指向缓冲区的开始，tail指向当前数据的末尾，data是可读写数据的起始位置，end指向缓冲区的结束。 - `h.raw/nh.raw/mac.raw`: 分别用于特定协议头部的访问，如MAC地址或网络层头部。 4. 与skb共享复制有关的操作： - `skb_copy()`和`skb_clone()`等函数，前者创建skb的完全副本，后者创建一个共享数据的克隆。 - 共享复制时，需要正确处理引用计数，以确保数据安全。 5. skb的分配和释放： - `alloc_skb()`函数用于分配新的skb，可以指定内存池和缓冲区大小。 - `kfree_skb()`用于释放skb，但必须在所有引用计数为0时才能执行。 - 网络子系统在接收数据包、构建新数据包或者协议处理时会分配skb，不同情况下可能选择不同的内存分配策略。 6. skb的数据区分为哪几部分： - 线性区域（Linear Area）: 用于存放小到足以放入单个内存块的数据。 - 分页区域（Paged Area）: 对于大块数据，会被分割并存储在单独的page对象中，通过skb_shared_info结构进行管理。 - 这样的划分是为了有效地利用内存，线性区域方便快速访问，分页区域则能处理大数据包。 每种区域都有其特定的应用场景。例如，线性区域适用于小数据包，而分页区域适用于大数据包以减少内存碎片。转换通常发生在数据包过大无法容纳在线性区域时，此时会触发page的分配和数据的分页。 sk_buff是Linux网络编程的核心，理解和掌握其工作原理对于优化网络性能和解决网络问题至关重要。这份文档详细地解释了sk_buff的相关概念，是理解Linux网络内核实现的重要参考资料。