第二章 关键数据结构
一、网络代码常见数据结构
struct sk_buff
struct net_device
struct sock（本文不涉及）
二、 套接字缓冲区：sk_buff结构
涉及文件：src/net/core/dev.c、src/include/linux/skbuff.h
任何一个网络封包都会存储在这里。各个网络分层都会使用这个结构来储存其报头、有关用户数据的信息等。这个是linux网络代码中最重要的数据结构，代表已经接收或者正在传输的数据结构。结构体数据字段大致分为：
Layout（布局字段，主要是维护链表和维护skb_buff数据）
General（通用字段）
Feature-specific（功能专用字段）
Management functions（管理函数）
sk_buff结构体具体内容（linux3.0.8）如下：
struct sk_buff {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff *next;
struct sk_buff *prev;
ktime_t tstamp;
struct sock *sk;
struct net_device *dev;
/*
* This is the control buffer. It is free to use for every
* layer. Please put your private variables there. If you
* want to keep them across layers you have to do a skb_clone()
* first. This is owned by whoever has the skb queued ATM.
*/
char cb[48] __aligned(8);
unsigned long _skb_refdst;
#ifdef CONFIG_XFRM
struct sec_path *sp;
#endif
unsigned int len,
data_len;
__u16 mac_len,
hdr_len;
union {
__wsum csum;
struct {
__u16 csum_start;
__u16 csum_offset;
};
};
__u32 priority;
kmemcheck_bitfield_begin(flags1);
__u8 local_df:1,
cloned:1,
ip_summed:2,
nohdr:1,
nfctinfo:3;
__u8 pkt_type:3,
fclone:2,
ipvs_property:1,
peeked:1,
nf_trace:1;
kmemcheck_bitfield_end(flags1);
__be16 protocol;
void (*destructor)(struct sk_buff *skb);
#if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)
struct nf_conntrack *nfct;
#endif
#ifdef NET_SKBUFF_NF_DEFRAG_NEEDED
struct sk_buff *nfct_reasm;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
struct nf_bridge_info *nf_bridge;
#endif
int skb_iif;
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
__u16 tc_index; /* traffic control index */
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
__u16 tc_verd; /* traffic control verdict */
#endif
#endif
__u32 rxhash;
__u16 queue_mapping;
kmemcheck_bitfield_begin(flags2);
#ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE
__u8 ndisc_nodetype:2;
#endif
__u8 ooo_okay:1;
kmemcheck_bitfield_end(flags2);
/* 0/13 bit hole */
#ifdef CONFIG_NET_DMA
dma_cookie_t dma_cookie;
#endif
#ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK
__u32 secmark;
#endif
union {
__u32 mark;
__u32 dropcount;
};
__u16 vlan_tci;
sk_buff_data_t transport_header;
sk_buff_data_t network_header;
sk_buff_data_t mac_header;
/* 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;
unsigned int truesize;
atomic_t users;
};
2.1 layout字段
该字段主要是为了方便搜寻以及组织sk_buff数据结构本身。通过一个双向链表来维护sk_buff数据结构，为了迅速找出整个链表头，额外增加了一个sk_buff_head结构（src/include/linux/skbuff.h）。sk_buff与sk_buff_head的关系图如下（摘自深入理解linux网络技术）：
1、sk_buff_head结构初始化
（1）网络设备驱动（以stmmac为例）
在stmmac_dvr_probe()函数里初始化一个回收sk_buff队列：skb_queue_head_init(&priv->rx_recycle)，priv为网卡私有数据结构：struct stmmac_priv。
（2）网络设备处理（公共）
在net_dev_init函数里进行了两个初始化处理：skb_queue_head_init(&sd->input_pkt_queue)和skb_queue_head_init(&sd->process_queue)，sd为每个CPU的网络数据结构softnet_data，因此每个CPU都有sk_buff处理的相应队列。
（3）其他一些字段
struct sock *sk：指向拥有此缓冲区的套接字的sock数据结构。当数据在本地产生或者正由本地进程接受时，就需要这个指针。
unsigned int len：指缓冲区中数据区块的大小，包括主要缓冲区（由head指）的数据以及一些片段的数据。
unsigned int data_len：只计算片段中的数据大小
__u16 mac_len：MAC报头的大小
__u16 hdr_len：head头的大小
2.2 general字段
（1）ktime_t tstamp
时间戳记，通常只对一个已经接收的封包才有意义，表示封包何时被接收，或者有时用于表示封包预定传输的时间。在接受函数netif_rx or netif_receive_skb对该字段进行设置。
（2）struct net_device *dev
此字段描述一个网络设备，其类型net_device。当接收到一个封包时，该字段填充接收该封包的设备；当发送一个封包时，该字段填发送该封包的设备。
（3）unsigned long _skb_refdst
由路由子系统使用，目的地入口
（4）char cb[48] __aligned(8)
这是一个控制缓冲区或者私有数据存储空间，保存每层的控制信息，各个层通过宏来进行访问。
（5）校验和及关联标志
union {
__wsum csum;
struct {
__u16 csum_start;
__u16 csum_offset;
};
};
和ip_summed:2,
（6）位段
kmemcheck_bitfield_begin(flags1);
__u8 local_df:1, //本地可切片标志
cloned:1, //表示该缓冲区为另外一个sk_buff的克隆
ip_summed:2, //驱动程序是否进行校验表示
nohdr:1, //
nfctinfo:3; //netfilter使用
__u8 pkt_type:3, //根据帧的L2目的地址进行类型划分，表示主要数据包的类型：多播，单薄，回环等
fclone:2,
ipvs_property:1,
peeked:1,
nf_trace:1;
kmemcheck_bitfield_end(flags1);
（7）__u32 priority
表示正被传输或转发的封包QOS（服务质量）优先级
（8） __be16 protocol
驱动程序通过该字段识别L3层的协议，通知上层使用哪个处理例程，典型的有IP、IPV6、ARP等。
2.3 功能专用字段
struct nf_conntrack *nfct;
#endif
#ifdef NET_SKBUFF_NF_DEFRAG_NEEDED
struct sk_buff *nfct_reasm;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
struct nf_bridge_info *nf_bridge;
#endif
__u16 tc_index; /* traffic control index */
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
__u16 tc_verd; /* traffic control verdict */
#endif
#endif
2.4 相关操作函数
data = kmalloc_node_track_caller(size + sizeof(struct skb_shared_info)
atomic_set(&skb->users, 1);
skb->head = data;
skb->data = data;
skb_reset_tail_pointer(skb);
skb->end = skb->tail + size;
{
skb->data += len;
skb->tail += len;
}
{
unsigned char *tmp = skb_tail_pointer(skb);
SKB_LINEAR_ASSERT(skb);
skb->tail += len;
skb->len += len;
if (unlikely(skb->tail > skb->end))
skb_over_panic(skb, len, __builtin_return_address(0));
return tmp;
}
{
skb->data -= len;
skb->len += len;
if (unlikely(skb->data<skb->head))
skb_under_panic(skb, len, __builtin_return_address(0));
return skb->data;
}
{
skb->len -= len;
BUG_ON(skb->len < skb->data_len);
return skb->data += len;
}
unsigned short nr_frags;
unsigned short gso_size;
/* Warning: this field is not always filled in (UFO)! */
unsigned short gso_segs;
unsigned short gso_type;
__be32 ip6_frag_id;
__u8 tx_flags;
struct sk_buff *frag_list;
struct skb_shared_hwtstamps hwtstamps;
/*
* Warning : all fields before dataref are cleared in __alloc_skb()
*/
atomic_t dataref;
/* Intermediate layers must ensure that destructor_arg
* remains valid until skb destructor */
void * destructor_arg;
/* must be last field, see pskb_expand_head() */
skb_frag_t frags[MAX_SKB_FRAGS];
};
三、 网络设kfree_skb备：net_device结构
每种网络设备都用这个数据结构表示，包括软硬件信息。
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