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

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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

[cpp] view plaincopy
  1. struct sk_buff {  
  2.     /* These two members must be first. */  
  3.     struct sk_buff      *next;  
  4.     struct sk_buff      *prev;  
  5.   
  6.     ktime_t         tstamp;  
  7.   
  8.     struct sock     *sk;  
  9.     struct net_device   *dev;  
  10.   
  11.     /* 
  12.      * This is the control buffer. It is free to use for every 
  13.      * layer. Please put your private variables there. If you 
  14.      * want to keep them across layers you have to do a skb_clone() 
  15.      * first. This is owned by whoever has the skb queued ATM. 
  16.      */  
  17.     char            cb[48] __aligned(8);  
  18.   
  19.     unsigned long       _skb_refdst;  
  20. #ifdef CONFIG_XFRM  
  21.     struct  sec_path    *sp;  
  22. #endif  
  23.     unsigned int        len,  
  24.                 data_len;  
  25.     __u16           mac_len,  
  26.                 hdr_len;  
  27.     union {  
  28.         __wsum      csum;  
  29.         struct {  
  30.             __u16   csum_start;  
  31.             __u16   csum_offset;  
  32.         };  
  33.     };  
  34.     __u32           priority;  
  35.     kmemcheck_bitfield_begin(flags1);  
  36.     __u8            local_df:1,  
  37.                 cloned:1,  
  38.                 ip_summed:2,  
  39.                 nohdr:1,  
  40.                 nfctinfo:3;  
  41.     __u8            pkt_type:3,  
  42.                 fclone:2,  
  43.                 ipvs_property:1,  
  44.                 peeked:1,  
  45.                 nf_trace:1;  
  46.     kmemcheck_bitfield_end(flags1);  
  47.     __be16          protocol;  
  48.   
  49.     void            (*destructor)(struct sk_buff *skb);  
  50. #if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)  
  51.     struct nf_conntrack *nfct;  
  52. #endif  
  53. #ifdef NET_SKBUFF_NF_DEFRAG_NEEDED  
  54.     struct sk_buff      *nfct_reasm;  
  55. #endif  
  56. #ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER  
  57.     struct nf_bridge_info   *nf_bridge;  
  58. #endif  
  59.   
  60.     int         skb_iif;  
  61. #ifdef CONFIG_NET_SCHED  
  62.     __u16           tc_index;   /* traffic control index */  
  63. #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT  
  64.     __u16           tc_verd;    /* traffic control verdict */  
  65. #endif  
  66. #endif  
  67.   
  68.     __u32           rxhash;  
  69.   
  70.     __u16           queue_mapping;  
  71.     kmemcheck_bitfield_begin(flags2);  
  72. #ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE  
  73.     __u8            ndisc_nodetype:2;  
  74. #endif  
  75.     __u8            ooo_okay:1;  
  76.     __u8            l4_rxhash:1;  
  77.     kmemcheck_bitfield_end(flags2);  
  78.   
  79.     /* 0/13 bit hole */  
  80.   
  81. #ifdef CONFIG_NET_DMA  
  82.     dma_cookie_t        dma_cookie;  
  83. #endif  
  84. #ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK  
  85.     __u32           secmark;  
  86. #endif  
  87.     union {  
  88.         __u32       mark;  
  89.         __u32       dropcount;  
  90.     };  
  91.   
  92.     __u16           vlan_tci;  
  93.   
  94.     sk_buff_data_t      transport_header;  
  95.     sk_buff_data_t      network_header;  
  96.     sk_buff_data_t      mac_header;  
  97.     /* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */  
  98.     sk_buff_data_t      tail;  
  99.     sk_buff_data_t      end;  
  100.     unsigned char       *head,  
  101.                 *data;  
  102.     unsigned int        truesize;  
  103.     atomic_t        users;  
  104. };  
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：

[cpp] view plaincopy
  1. union{  
  2.     struct ethhdr *ethernet;  
  3.     unsigned char *raw;  
  4. }mac;  

这里是以指针的形式给出的

[cpp] view plaincopy
  1. #ifdef NET_SKBUFF_DATA_USES_OFFSET  
  2. typedef unsigned int sk_buff_data_t;  
  3. #else  
  4. typedef unsigned char *sk_buff_data_t;  
  5. #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

[cpp] view plaincopy
  1. struct sk_buff_head {  
  2.     /* These two members must be first. */  
  3.     struct sk_buff  *next;  
  4.     struct sk_buff  *prev;  
  5.   
  6.     __u32       qlen;  
  7.     spinlock_t  lock;  
  8. };  

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

[cpp] view plaincopy
  1. struct skb_shared_info {  
  2.     unsigned short  nr_frags;  
  3.     unsigned short  gso_size;//尺寸  
  4.     /* Warning: this field is not always filled in (UFO)! */  
  5.     unsigned short  gso_segs;//顺序  
  6.     unsigned short  gso_type;  
  7.     __be32          ip6_frag_id;  
  8.     __u8        tx_flags;  
  9.     struct sk_buff  *frag_list;//分片的sk_buff列表  
  10.     struct skb_shared_hwtstamps hwtstamps;//硬件时间戳  
  11.   
  12.     /* 
  13.      * Warning : all fields before dataref are cleared in __alloc_skb() 
  14.      */  
  15.     atomic_t    dataref;//使用计数  
  16.   
  17.     /* Intermediate layers must ensure that destructor_arg 
  18.      * remains valid until skb destructor */  
  19.     void *      destructor_arg;  
  20.   
  21.     /* must be last field, see pskb_expand_head() */  
  22.     skb_frag_t  frags[MAX_SKB_FRAGS];  
  23. };  


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

[cpp] view plaincopy
  1. #define skb_shinfo(SKB) ((struct skb_shared_info *)(skb_end_pointer(SKB)))  

[cpp] view plaincopy
  1. #ifdef NET_SKBUFF_DATA_USES_OFFSET  
  2. static inline unsigned char *skb_end_pointer(const struct sk_buff *skb)  
  3. {  
  4.     return skb->head + skb->end;  
  5. }  
  6. #else  
  7. static inline unsigned char *skb_end_pointer(const struct sk_buff *skb)  
  8. {  
  9.     return skb->end;  
  10. }  
  11. #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。

posted on 2013-04-13 13:36  疯子123  阅读(150)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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