Linux TCP IP 协议栈的关键数据结构Socket Buffer

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1、LinuxTCP/IP协议栈的关键数据结构SocketBuffersk_buff结构可能是linux网络代码中最重要的数据结构，它表示接收或发送数据包的包头信息。它在中定义，并包含很多成员变量供网络代码中的各子系统使用。这个结构在linux内核的发展过程中改动过很多次，或者是增加新的选项，或者是重新组织已存在的成员变量以使得成员变量的布局更加清晰。它的成员变量可以大致分为以下几类：·Layout布局·General通用·Feature-specific功能相关·

2、Managementfunctions管理函数这个结构被不同的网络层（MAC或者其他二层链路协议，三层的IP，四层的TCP或UDP等）使用，并且其中的成员变量在结构从一层向另一层传递时改变。L4向L3传递前会添加一个L4的头部，同样，L3向L2传递前，会添加一个L3的头部。添加头部比在不同层之间拷贝数据的效率更高。由于在缓冲区的头部添加数据意味着要修改指向缓冲区的指针，这是个复杂的操作，所以内核提供了一个函数skb_reserve（在后面的章节中描述）来完成这个功能。协议栈中的每一层在往下一层传递缓冲区前，第

3、一件事就是调用skb_reserve在缓冲区的头部给协议头预留一定的空间。skb_reserve同样被设备驱动使用来对齐接收到包的包头。如果缓冲区向上层协议传递，旧的协议层的头部信息就没什么用了。例如，L2的头部只有在网络驱动处理L2的协议时有用，L3是不会关心它的信息的。但是，内核并没有把L2的头部从缓冲区中删除，而是把有效荷载的指针指向L3的头部，这样做，可以节省CPU时间。1.网络参数和内核数据结构就像你在浏览TCP/IP规范或者配置内核时所看到的一样，网络代码提供了很多有用的功能，但是这些功能并不是必

4、须的，比如说，防火墙，多播，还有其他一些功能。大部分的功能都需要在内核数据结构中添加自己的成员变量。因此，sk_buff里面包含了很多像#ifdef这样的预编译指令。例如，在sk_buff结构的最后，你可以找到：structsk_buff{    .........#ifdefCONFIG_NET_SCHED    __u32    tc_index;#ifdefCONFIG_NET_CLS_ACT    __u32    tc_verd;    __u32    tc_classid;#endif#endi

5、f}它表明，tc_index只有在编译时定义了CONFIG_NET_SCHED符号才有效。这个符号可以通过选择特定的编译选项来定义（例如："DeviceDriversNetworkingsupportNetworkingoptionsQoSand/orfairqueueing"）。这些编译选项可以由管理员通过makeconfig来选择，或者通过一些自动安装工具来选择。前面的例子有两个嵌套的选项：CONFIG_NET_CLS_ACT（包分类器）只有在选择支持“QoSand/orfairqueueing”时才能生

6、效。顺便提一下，QoS选项不能被编译成内核模块。原因就是，内核编译之后，由某个选项所控制的数据结构是不能动态变化的。一般来说，如果某个选项会修改内核数据结构（比如说，在sk_buff里面增加一个项tc_index），那么，包含这个选项的组件就不能被编译成内核模块。你可能经常需要查找是哪个makeconfig编译选项或者变种定义了某个#ifdef标记，以便理解内核中包含的某段代码。在2.6内核中，最快的，查找它们之间关联关系的方法，就是查找分布在内核源代码树中的kconfig文件中是否定义了相应的符号（每个目录

7、都有一个这样的文件）。在2.4内核中，你需要查看Documentation/Configure.help文件。2.LayoutFields有些sk_buff成员变量的作用是方便查找或者是连接数据结构本身。内核可以把sk_buff组织成一个双向链表。当然，这个链表的结构要比常见的双向链表的结构复杂一点。就像任何一个双向链表一样，sk_buff中有两个指针next和prev，其中，next指向下一个节点，而prev指向上一个节点。但是，这个链表还有另一个需求：每个sk_buff结构都必须能够很快找到链表头节点。为

8、了满足这个需求，在第一个节点前面会插入另一个结构sk_buff_head，这是一个辅助节点，它的定义如下：structsk_buff_head{  /*Thesetwomembersmustbefirst.*/   structsk_buff    *next;      structsk_buff    *prev;         __u32        qlen;      spinlock