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标题: alloc_skb函数的作用 [打印本页]

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作者: 东湖之滨    时间: 2025-3-12 00:26
标题: alloc_skb函数的作用
alloc_skb是linux内核网络子体系中用于分配socket Buffer的核心函数，它是网络协议栈中数据包内存管理的核心接口
一、核心作用

   

• 分配sk_buff结构体   
  
  
  • 创建一个新的sk_buff结构体实例，用于描述网络数据包的元数据和数据缓冲区。
    
  • sk_buff是内核网络协议栈处理处罚数据包的核心数据结构，贯穿数据包的整个生命周期（吸收、处理处罚、发送）。
    
  
  
• 预分配数据缓冲区   
  
  
  • 为数据包分配一块内存（称为head或data区域），用于存储实际网络数据（如以太网帧、IP头、TCP载荷等）。
    
  • 支持灵活扩展：预留头部和尾部，便于协议栈添加或删除协议头
    
  
  

  二、函数原型

1. #include <linux/skbuff.h>
3. struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size, gfp_t priority);

复制代码

   

• 参数     
  
  
  
  • size ：数据缓冲区（data区域）的总巨细（单位：字节）
    
  • priority：内存分配标记（GFP_ATOMIC、GFP_KERNEL），决定内存分配的活动（是否允许睡眠）
    
  
  
• 返回值     
  
  
  
  • 成功：指向新分配的sk_buff的指针
    
  • 失败：NULL（内存不敷时）
    
  
  

   三、内存布局

   分配后的sk_buff和缓冲区布局如下
  

1. +-----------------+       +-----------------+
2. |  sk_buff 结构体  |------>|  数据缓冲区       |
3. +-----------------+       +-----------------+
4.                             ^           ^
5.                             |           |
6.                           headroom    data

复制代码

      

• head：缓冲区的起始地址
  
• data：实际数据起始地址（通常位于head + headroom处）
  
• end：缓冲区结束地址（head + size）
  
• tail ： 当前数据结束位置，初始时等于data，随数据追加后移
  

    四、使用场景

         

1. 网络驱动吸收数据包

                     网卡驱动从硬件吸收数据时，调用alloc_skb分配缓冲区，将数据拷贝到sk_buff后提交给协议栈。            

2. 协议栈构造数据包

                     如TCP/IP协议构造SYN、ACK等控制报文，或应用层通过socket发送数据时，需分配sk_buff存放数据            

3. 网络装备传输数据包

                     驱动在发送数据前，大概必要克隆或扩展sk_buff，此时会调用alloc_skb分配新缓冲区。                 五、关键参数详解

           

1. size参数

               

• 必要数据载荷 + 协议头预留空间分配足够的内存。
  
• 示例：构造一个TCP数据包时，需考虑：
  

     

1. size = ETH_HLEN + IP_HLEN + TCP_HLEN + payload_size;

复制代码

     

2.  priority参数

            

• GFP_ATOMIC
  

                           在原子上下文（如中断处理处罚、软中断）中必须使用此标记，分配不会触发睡眠，但大概因内存不敷失败                  

• GFP_KERNEL
  

                           在进程上下文（如体系调用）中使用，允许内存接纳和睡眠，分配成功率更高。                         六、与dev_alloc_skb的区别

               

• dev_alloc_skb
  

                              专为网络驱动设计，是alloc_skb的封装，主动添加了NET_SKB_PAD 头部预留（用于对齐优化），并默认使用GFP_ATOMIC标记                             原型：                     

1. struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int length);

复制代码

       等效于：
      

1. alloc_skb(length + NET_SKB_PAD, GFP_ATOMIC);

复制代码

       七、使用示例

                 

1. 驱动吸收数据包

        

1. // 在网卡中断处理函数中分配 sk_buff
2. struct sk_buff *skb = alloc_skb(len + NET_IP_ALIGN, GFP_ATOMIC);
3. if (!skb) {
4.     // 处理内存不足
5.     return -ENOMEM;
6. }
8. // 对齐调整
9. skb_reserve(skb, NET_IP_ALIGN);
11. // 从网卡 DMA 区域拷贝数据到 sk_buff
12. memcpy(skb_put(skb, len), hw_buf, len);
14. // 提交给协议栈
15. netif_rx(skb);

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        2. 构造TCP SYN数据包
        

1. // 在进程上下文中构造 SYN 包
2. struct sk_buff *skb = alloc_skb(MAX_TCP_HEADER, GFP_KERNEL);
3. if (!skb) {
4.     return -ENOMEM;
5. }
7. // 预留以太网、IP、TCP 头部空间
8. skb_reserve(skb, ETH_HLEN + IP_HLEN + TCP_HLEN);
10. // 填充 TCP 载荷
11. unsigned char *data = skb_put(skb, payload_len);
12. memcpy(data, payload, payload_len);
14. // 构建协议头（此处省略具体协议栈操作）
15. // ...
17. // 发送数据包
18. dev_queue_xmit(skb);

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        八、内存管理注意事项

         1. 释放sk_buff
                 使用kfree_skb或dev_kfree_skb释放sk_buff，这些函数会处理处罚引用计数和缓冲区接纳
        

1. kfree_skb(skb); // 通用释放
2. dev_kfree_skb(skb); // 专用于网络驱动

复制代码

        2. 制止内存泄漏
                 确保每个alloc_skb都有对应的释放操作，尤其在错误处理处罚路径中。
         3. 缓冲区共享
                 使用skb_clone或skb_copy时，需注意引用计数管理，制止重复释放
         九、性能优化

                  

1. 预分配内存池

                            高频网络场景（如高速网卡驱动）可预分配sk_buff池，淘汰动态分配开销                           

2. 零拷贝吸收

                            支持DMA的网卡可将数据直接写入sk_buff的缓冲区，制止内存拷贝。                           

3. 非线形数据

                            使用skb_add_rx_flag支持分散-聚集 I/O，淘汰大块内存分配                                     十、总结

          alloc_skb时Linux内核网络子体系中最底子的内存分配接口，用于创建和管理网络数据包的缓冲区。合理使用GFP_ATOMIC和GFP_KERNEL、精确处理处罚缓冲区生命周期，可制止内核崩溃或性能瓶颈
                        
        

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