Linux網絡核心資料結構是套接字緩存(socket buffer),簡稱skb。它代表一個要發送或處理的封包,并貫穿于整個協定棧。
1、 套接字緩存
skb由兩部分組成:
(1) 封包資料:它儲存了實際在網絡中傳輸的資料;
(2) 管理資料:供核心處理封包的額外資料,這些資料構成了協定之間交換的控制資訊。
當應用程式向一個socket傳輸資料之後,該socket将建立相應的套接字緩存,并将使用者資料拷貝到緩存中。當封包在各協定層傳達輸的過程中,每一導的封包頭将插入到使用者資料之前。skb為封包頭申請了足夠的空間,是以避免了由于插入封包頭而對封包進行多次拷貝。使用者資料隻拷貝了兩次:一是從使用者空間拷貝到核心;二是封包資料從核心傳送到網絡擴充卡。
1.1、sk_buff
套接字緩存結構:

Code
1.2、與sk_buff相關的函數
與sk_buff相關的函數涉及到網絡封包存儲結構和控制結構的配置設定、複制、釋放,以及控制結構裡的各指針的操作,還有各種标志的檢查。重要的函數說明如下:
struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size,int gfp_mask)
配置設定大小為size的存儲空間存放網絡封包,同時配置設定它的控制結構。size的值是16位元組對齊的,gfp_mask是記憶體配置設定的優先級。常見的記憶體配置設定優先級有GFP_ATOMIC,代表配置設定過程不能被中斷,一般用于中斷上下文中配置設定記憶體;GFP_KERNEL,代表配置設定過程可以被中斷,相應的配置設定請求被放到等待隊列中。配置設定成功之後,因為還沒有存放具體的網絡封包,是以sk_buff的 data,tail指針都指向存儲空間的起始位址,len的大小為0,而且 is_clone和cloned兩個标記的值都是0。
struct sk_buff *skb_clone(struct sk_buff *skb, int gfp_mask)
從控制結構skb中 clone出一個新的控制結構,它們都指向同一個網絡封包。clone成功之後,将新的控制結構和原來的控制結構的 is_clone,cloned兩個标記都置位。同時還增加網絡封包的引用計數(這個引用計數存放在存儲空間的結束位址的記憶體中,由函數atomic_t *skb_datarefp(struct sk_buff *skb)通路,引用計數記錄了這個存儲空間有多少個控制結構)。由于存在多個控制結構指向同一個存儲空間的情況,是以在修改存儲空間裡面的内容時,先要确定這個存儲空間的引用計數為1,或者用下面的拷貝函數複制一個新的存儲空間,然後才可以修改它裡面的内容。
struct sk_buff *skb_copy(struct sk_buff *skb, int gfp_mask)
複制控制結構skb和它所指的存儲空間的内容。複制成功之後,新的控制結構和存儲空間與原來的控制結構和存儲空間相對獨立。是以新的控制結構裡的is_clone,cloned兩個标記都是0,而且新的存儲空間的引用計數是1。
void kfree_skb(struct sk_buff *skb)
釋放控制結構skb和它所指的存儲空間。由于一個存儲空間可以有多個控制結構,是以隻有在存儲空間的引用計數為1的情況下才釋放存儲空間,一般情況下,隻釋放控制結構skb。
unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
将tail指針下移,并增加skb的 len值。data和 tail之間的空間就是可以存放網絡封包的空間。這個操作增加了可以存儲網絡封包的空間,但是增加不能使tail的值大于end的值,skb的 len值大于truesize的值。
unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
将data指針上移,并增加skb的 len值。這個操作在存儲空間的頭部增加了一段可以存儲網絡封包的空間,上一個操作在存儲空間的尾部增加了一段可以存儲網絡封包的空間。但是增加不能使data的值小于head的值,skb的 len值大于truesize的值。
unsigned char * skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
将data指針下移,并減小skb的 len值。這個操作使data指針指向下一層網絡封包的頭部。
void skb_reserve(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
将data指針和tail指針同時下移。這個操作在存儲空間的頭部預留 len長度的空隙。
void skb_trim(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
将網絡封包的長度縮減到 len。這個操作丢棄了網絡封包尾部的填充值。
int skb_cloned(struct sk_buff *skb)
判斷skb是否是一個 clone的控制結構。如果是clone的,它的cloned标記是1,而且它指向的存儲空間的引用計數大于1。
2、 套接字緩存隊列(Socket-Buffer Queues)
2.1、sk_buff_head
在網絡協定棧的實作中,有時需要把許多網絡封包放到一個隊列中做異步處
理。LINUX 為此定義了相關的資料結構 sk_buff_head。這是一個雙向連結清單的
頭,它把sk_buff連結成一個雙向連結清單。
//套接字緩存隊列頭
struct sk_buff_head {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff *next;
struct sk_buff *prev;
__u32 qlen; //隊列的長度,即隊列中封包的數量
spinlock_t lock;
};
2.2、與 sk_buff_head相關的函數
void skb_queue_head(struct sk_buff_head *list, struct sk_buff *newsk)
将newsk加到連結清單 list的頭部。
void skb_queue_tail(struct sk_buff_head *list, struct sk_buff *newsk)
将newsk加到連結清單 list的尾部。
struct sk_buff *skb_dequeue(struct sk_buff_head *list)
從連結清單 list的頭部取下一個 sk_buff。
struct sk_buff *skb_dequeue_tail(struct sk_buff_head *list)
從連結清單 list的尾部取下一個 sk_buff。
skb_insert(struct sk_buff *old, struct sk_buff *newsk)
将newsk加到old所在的連結清單上,并且 newsk在old的前面。
void skb_append(struct sk_buff *old, struct sk_buff *newsk)
将newsk加到old所在的連結清單上,并且 newsk在old的後面。
void skb_unlink(struct sk_buff *skb)
将skb從它所在的連結清單上取下。
以上的連結清單操作都是先關中斷的。這在中斷上下文中是不需要的,是以另外有一套與上面函數同名但是有字首“__”的函數供運作在中斷上下文中的函數調用。