skb结构和相关操作函数

skb是linux kernel中收发数据包用到的控制结构体，有些字段指向分配的内存用于存放数据包，
向协议栈传送时，通过移动指针来获取到以太头，网络头，传输头等信息。

skb结构和相关操作函数
a. skb结构体，如下图片(盗图)

image.png

struct sk_buff {__u16 transport_header; //传输头相对于skb->head的偏移__u16 network_header;//网络头相对于skb->head的偏移__u16 mac_header;//以太网头相对于skb->head的偏移/* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details. */sk_buff_data_t tail;sk_buff_data_t end;unsigned char *head, *data;}

head和end分别指向存放数据内存区域的头和尾，一旦分配就固定不变。

data和tail分别是真正数据的起始位结束。

head和data之间的区域成为headroom，data和tail之间的区域存放真正的数据，tail和end之间的区域成为tailroom。skb刚分配时，head,data和tail在同一位置，end在末尾，所以刚开始时，headroom大小为0，tailroom大小为size，后续对数据包的操作，通过移动data和tail完成，head和end固定不变。

head|data|tail ----size-----end

len 和 data_len

len代表整个数据区域的长度！
这里要提前解释几个定义，skb的组成是有sk_buff控制 + 线性数据 + 非线性数据
(skb_shared_info) 组成！后面会具体解释是什么意思！在sk_buff这个里面没有实际的数据，这
里仅仅是控制信息，数据是通过后面的data指针指向其他内存块的！那个内存块中是线性数据和
非线性数据！那么len就是length(线性数据) + length(非线性数据)！！！
data_len: 指的是length(非线性数据)！！！那么可以知道：length(线性数据) = skb->len - skb->data_len

b. 分配skb函数

struct sk_buff *__alloc_skb(unsigned int size, gfp_t gfp_mask,
int flags, int node)
{cache = (flags & SKB_ALLOC_FCLONE)
? skbuff_fclone_cache : skbuff_head_cache;
//从 cache里取出一个skb结构体。为了提高分配skb效率，会在初始化时，分配一个skb
//放在cache中。
skb = kmem_cache_alloc_node(cache, gfp_mask & ~__GFP_DMA, node);
//分配数据区域和skb_shared_info，它俩是在一块连续内存中
size = SKB_DATA_ALIGN(size);
size += SKB_DATA_ALIGN(sizeof(struct skb_shared_info));
data = kmalloc_reserve(size, gfp_mask, node, &pfmemalloc);
/* kmalloc(size) might give us more room than requested.
* Put skb_shared_info exactly at the end of allocated zone,
* to allow max possible filling before reallocation.
*/
分配完内存后，将size减去skb_shared_info 的大小，此时size只表示存放数据的大小
size = SKB_WITH_OVERHEAD(ksize(data));
#define SKB_WITH_OVERHEAD(X) \
((X) - SKB_DATA_ALIGN(sizeof(struct skb_shared_info)))
prefetchw(data + size);
/*
* Only clear those fields we need to clear, not those that we will
* actually initialise below. Hence, don't put any more fields after
* the tail pointer in struct sk_buff!
*/
//将skb tail前面的成员全部清零。tail后面的不用清零，因为随后就会赋值
memset(skb, 0, offsetof(struct sk_buff, tail));
/* Account for allocated memory : skb + skb->head */
skb->truesize = SKB_TRUESIZE(size);
skb->pfmemalloc = pfmemalloc;
//引用计数设置为1
atomic_set(&skb->users, 1);
//在后续报文处理过程中，head和end分别表示数据内存的起始和结尾，是固定不变的
//通过偏移data和tail来指向不同的数据位置
//初始化时head和data指针都指向data
skb->head = data;
skb->data = data;
//在64位下，tail和end都是整数，表示相对于head的偏移
//初始时tailf为0，即指向head
//end为tail+size，即指向内存中存放数据的末尾，skb_shared_info的起始
skb_reset_tail_pointer(skb);skb->tail = skb->data - skb->head
skb->end = skb->tail + size;
skb->mac_header = (typeof(skb->mac_header))~0U;
skb->transport_header = (typeof(skb->transport_header))~0U;/* make sure we initialize shinfo sequentially */
//返回 skb->head + skb->end，即为skb_shared_info的首地址
shinfo = skb_shinfo(skb);#define skb_shinfo(SKB) ((struct skb_shared_info *)  (skb_end_pointer(SKB)))skb->head + skb->end
memset(shinfo, 0, offsetof(struct skb_shared_info, dataref));
//设置shinfo引用计数为1
atomic_set(&shinfo->dataref, 1);
kmemcheck_annotate_variable(shinfo->destructor_arg);
}

操作skb的一些函数
在skb头部添加 len 字节

unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len)skb->data -= len;skb->len += len;

在skb头部删除 len 字节

unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len)skb->len -= len;skb->data += len;

在skb尾部添加 len 字节

unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
skb->tail += len;
skb->len += len;

预留headroom

static inline void skb_reserve(struct sk_buff *skb, int len)skb->data += len;skb->tail += len;

数据包从驱动接收到上送协议栈的处理中，skb的操作，mac，网络和传输头的变化
3.1 eth_type_trans
不管虚拟网卡还是硬件网卡，数据包都会存放在skb中。收到数据包后，调用eth_type_trans
设置skb->mac_header，向后偏移skb->data, 减少skb->len，设置数据包类型

eth_type_trans//reset mac头位置，mac_header 是相对于skb->skb的偏移skb_reset_mac_header(skb);skb->mac_header = skb->data - skb->head;//将data指针向后偏移14字节，指向下一个协议头，即三层头或者vlan头//skb->len表示数据包的总长度，偏移14字节后，len也要减去14#define ETH_HLEN 14 /* Total octets in header. */skb_pull_inline(skb, ETH_HLEN);skb->len -= len;skb->data += len;//通过 skb->mac_header 仍然可以获取mac头eth = eth_hdr(skb);(struct ethhdr *)skb_mac_header(skb);skb->head + skb->mac_header;//根据数据包的目的mac决定此数据包的pkt_type//如果目的mac中从左往右第二个字节为1为组播，并且如果mac为     全1，则为广播，否则为组播//如果目的mac中从左往右第二个字节不为1为单播，并且和接收设备的mac不同则设置为PACKET_OTHERHOST//如果和接收设备的mac相同，则不用设置，默认为0，即   PACKET_HOST，表示 to us的数据包if (unlikely(is_multicast_ether_addr(eth->h_dest))) {if (ether_addr_equal_64bits(eth->h_dest, dev->broadcast))skb->pkt_type = PACKET_BROADCAST;elseskb->pkt_type = PACKET_MULTICAST;}else if (unlikely(!ether_addr_equal_64bits(eth->h_dest,dev->dev_addr)))skb->pkt_type = PACKET_OTHERHOST;//如果以太网协议大于ETH_P_802_3_MIN，则返回以太网协议即可if (likely(ntohs(eth->h_proto) >= ETH_P_802_3_MIN))return eth->h_proto;

所以eth_type_trans执行后，
skb->mac_header = skb->data - skb->head;
skb->data 指向网络头

__netif_receive_skb_core
经过软中断处理后，会调用__netif_receive_skb_core上送到协议栈，根据协议调用相应的hook函数

__netif_receive_skb_core//设置网络头偏移量skb_reset_network_header(skb);skb->network_header = skb->data - skb->head;//重置mac头长度skb_reset_mac_len(skb);skb->mac_len = skb->network_header - skb->mac_header;

执行后，
skb->mac_header = skb->data - skb->head;
skb->network_header = skb->data - skb->head;
skb->data 仍然指向网络头

3.3. ip_rcv 数据包进入网络层的处理

ip_rcv
当数据包进入协议栈往上层递交的过程中，比如在IP层，它需要对数据包的IP头部进行分析，比如头部合法性等，这时候就需要确保IP头部在线性缓冲区中，这样才能对它进行分析，如果在非线性缓冲区中，而非线性缓冲区是unmapped的page，因此就需要从这些unmapped page当中把数据复制到线性缓冲区中。
这个艰难的工作就是__pskb_pull_tail完成的。我将对它的代码进行单独的分析。
当然最好情况是skb->data指向的线性缓冲区中的数据至少是大于len的，这样就可以直接返回了成功了。
len一定是不能大于整个skb的数据总长的。这个就不必说明吧...
线性缓冲区中数据不足，不幸还是发生了...调用__pskb_pull_tail。
if (!pskb_may_pull(skb, sizeof(struct iphdr)))/* skb_headlen定义为skb->len - skb->data_len。即skb->head指向  的线性缓冲区里当前* 有效数据的长度。*/if (likely(len <= skb_headlen(skb)))return 1;if (unlikely(len > skb->len))return 0;return __pskb_pull_tail(skb, len - skb_headlen(skb)) != NULL;iph = ip_hdr(skb);(struct iphdr *)skb_network_header(skb);skb->head + skb->network_header;skb->transport_header = skb->network_header + iph->ihl*4;

执行后，
skb->mac_header = skb->data - skb->head;
skb->network_header = skb->data - skb->head;
skb->transport_header = skb->network_header + iph->ihl*4;
skb->data 仍然指向网络头

3.4. 经过查找路由，发现是本地的数据包

ip_local_deliver_finish//获取网络头长度static inline u32 skb_network_header_len(const struct sk_buff *skb)return skb->transport_header - skb->network_header;//偏移data到传输头__skb_pull(skb, skb_network_header_len(skb));skb->len -= len;skb->data += len;int protocol = ip_hdr(skb)->protocol;ipprot = rcu_dereference(inet_protos[protocol]);ipprot->handler(skb);

执行后，
skb->mac_header = skb->data - skb->head;
skb->network_header = skb->data - skb->head;
skb->transport_header = skb->network_header + iph->ihl*4;
skb->data 指向传输层

3.5. 数据到达传输层，以icmp为例

icmp_rcvpskb_pull(skb, sizeof(*icmph))skb->len -= len;skb->data += len;icmph = icmp_hdr(skb);(struct icmphdr *)skb_transport_header(skb);skb->head + skb->transport_header;

执行后，
skb->mac_header = skb->data - skb->head;
skb->network_header = skb->data - skb->head;
skb->transport_header = skb->network_header + iph->ihl*4;
skb->data 指向应用层

也可参考：skb结构和相关操作函数 - 简书 (jianshu.com)

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