sk_buff结构

sk_buff结构用来描述已接收或者待发送的数据报文信息；skb在不同网络协议层之间传递，可被用于不同网络协议，如二层的以太网协议，三层的ip协议，四层的tcp或者udp协议，其中某些成员变量会在该结构从一层向另一层传递时发生改变，从上层向下层传递需要添加首部，从下层向上层传递需要移除首部；

多个skb通过sk_buff_head表头部结构的next和prev指针连接成双向链表；头部还包含了链表中skb节点的总数量；

 /* skb头结构 */
 struct sk_buff_head {
     /* These two members must be first. */
     /* 通过下面两个指针成员将skb连接成双向链表 */
     struct sk_buff    *next; /* 指向后一个skb */
     struct sk_buff    *prev; /* 指向前一个skb */

     __u32        qlen; /* 链表中元素个数 */
     spinlock_t    lock; /* 自旋锁 */
 };

下面为具体的sk_buff结构，部分成员加了注释，在后续代码阅读过程中会持续更新该结构注释；

 /* skb结构 */
 struct sk_buff {
     union {
         struct {
             /* These two members must be first. */
             struct sk_buff        *next;
             struct sk_buff        *prev;

             /* 报文到达或者离开的时间戳 */
             union {
                 ktime_t        tstamp;
                 struct skb_mstamp skb_mstamp;
             };
         };
         /* 红黑树的节点，用在netem和tcp协议栈 */
         struct rb_node    rbnode; /* used in netem & tcp stack */
     };

     /*
         指向缓冲区的套接字sock数据结构。当数据在本地产生或者正由本地进程接收时，
         该数据以及套接字相关信息会被L4(tcp或者udp)以及用户应用程序使用
         当缓冲区只是被转发时(本地机器不是来源也不是目的地)，该指针为NULL
     */
     struct sock        *sk;

     union {
         /* 报文到达或者离开时的网络设备 */
         struct net_device    *dev;
         /* Some protocols might use this space to store information,
          * while device pointer would be NULL.
          * UDP receive path is one user.
          */
         unsigned long        dev_scratch;
     };
     /*
      * 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.
      */
     /*
         控制缓冲区，用于存储私有信息，每层协议自己维护并使用，
         并且只在本层有有效
     */
     char            cb[] __aligned();

     /* 路由缓存，输入或者输出报文都要查询到目的路由缓存项，才能确定流向 */
     unsigned long        _skb_refdst;

     /*
         当缓冲区被删除时，可以完成某些清理工作
         当缓冲区不属于一个套接字时，该函数通常不被初始化
         属于一个套接字时，通常设置为sock_rfree或sock_wfree
         sock_xxx函数用于更新套接字队列中所持有的内存
     */
     void            (*destructor)(struct sk_buff *skb);
 #ifdef CONFIG_XFRM
     /* ipsec用于跟踪传输信息 */
     struct    sec_path    *sp;
 #endif
 #if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)
     /* 连接跟踪 */
     unsigned long         _nfct;
 #endif
 #if IS_ENABLED(CONFIG_BRIDGE_NETFILTER)
     /* 桥接帧的相关信息 */
     struct nf_bridge_info    *nf_bridge;
 #endif
     /*
         缓冲区的数据区块大小，该长度包括主缓冲区(head指针指向)的数据
         以及一些片段(fragment)的数据，当缓冲区从一个网络分层移动到下一个
         网络分层时，该值会发生变化，因为在协议栈中向上层移动时报头会被丢弃
         向下层移动时报头会添加，len也会把协议报头算在内，与"数据预留和对齐"操作
     */
     unsigned int        len,
     /* 片段(fragment)中的数据大小 */
                 data_len;
     /* mac报头大小 */
     __u16            mac_len,
     /* 克隆skb时可写报文头部长度 */
                 hdr_len;

     /* Following fields are _not_ copied in __copy_skb_header()
      * Note that queue_mapping is here mostly to fill a hole.
      */
     kmemcheck_bitfield_begin(flags1);
     /* 多设备的队列映射 */
     __u16            queue_mapping;

 /* if you move cloned around you also must adapt those constants */
 #ifdef __BIG_ENDIAN_BITFIELD
 #define CLONED_MASK    (1 << 7)
 #else
 #define CLONED_MASK    1
 #endif
 #define CLONED_OFFSET()        offsetof(struct sk_buff, __cloned_offset)

     __u8            __cloned_offset[];
     /* 表示该skb是另外一个skb的克隆 */
     __u8            cloned:,
                 /*
                     payload是否被单独引用，不存在协议首部，如果被引用，则不能修改协议首部，
                     也不能通过skb->data来访问协议首部
                 */
                 nohdr:,
                 /*
                     当前克隆状态
                     SKB_FCLONE_UNAVAILABLE-skb未被克隆
                     SKB_FCLONE_ORIG-在skbuff_fclone_cache分配的父skb，可以被克隆
                     SKB_FCLONE_CLONE-在skbuff_fclone_cache分配的子skb，从父skb克隆得到
                 */
                 fclone:,
                 peeked:,
                 /* 通过page_fragment_alloc分配内存 */
                 head_frag:,
                 xmit_more:,
                 __unused:; /* one bit hole */
     kmemcheck_bitfield_end(flags1);

     /* fields enclosed in headers_start/headers_end are copied
      * using a single memcpy() in __copy_skb_header()
      */
     /* private: */
     __u32            headers_start[];
     /* public: */

 /* if you move pkt_type around you also must adapt those constants */
 #ifdef __BIG_ENDIAN_BITFIELD
 #define PKT_TYPE_MAX    (7 << 5)
 #else
 #define PKT_TYPE_MAX    7
 #endif
 #define PKT_TYPE_OFFSET()    offsetof(struct sk_buff, __pkt_type_offset)

     __u8            __pkt_type_offset[];
     /*
         此字段根据l2的目的地址进行划分
         PACKET_HOST-mac地址与接收设备mac地址相等，说明是发给该主机的
         PACKET_BROADCAST-mac地址是接收设备的广播地址
         PACKET_MULTICAST-mac地址接收改设备注册的多播地址之一
         PACKET_OTHERHOST-mac地址不属于接收设备的地址，启用转发则转发，否则丢弃
         PACKET_OUTGOING-数据包将被发出，用到这个标记的功能包括decnet，或者为每个
         网络tab都复制一份发出包的函数
         PACKET_LOOPBACK-数据包发往回环设备，有此标识，处理回环设备时，
         可以跳过一些真实设备所需的操作
         PACKET_USER-发送到用户空间，netlink使用
         PACKET_KERNEL-发送到内核空间，netlink使用
         PACKET_FASTROUTE-未使用
     */
     __u8            pkt_type:;
     /* PFMEMALLOC内存分配标记 */
     __u8            pfmemalloc:;
     __u8            ignore_df:;

     __u8            nf_trace:;
     /*
         CHECKSUM_NONE-硬件不支持，完全由软件执行校验和
         CHECKSUM_PARTIAL-由硬件来执行校验和
         CHECKSUM_UNNECESSARY-没必要执行校验和
         CHECKSUM_COMPLETE-已完成执行校验和
     */
     __u8            ip_summed:;
     __u8            ooo_okay:;
     __u8            l4_hash:;
     __u8            sw_hash:;
     __u8            wifi_acked_valid:;
     __u8            wifi_acked:;

     __u8            no_fcs:;
     /* Indicates the inner headers are valid in the skbuff. */
     __u8            encapsulation:;
     __u8            encap_hdr_csum:;
     __u8            csum_valid:;
     __u8            csum_complete_sw:;
     __u8            csum_level:;
     __u8            csum_bad:;

     __u8            dst_pending_confirm:;
 #ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE
     __u8            ndisc_nodetype:;
 #endif
     __u8            ipvs_property:;
     __u8            inner_protocol_type:;
     __u8            remcsum_offload:;
 #ifdef CONFIG_NET_SWITCHDEV
     __u8            offload_fwd_mark:;
 #endif
 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
     __u8            tc_skip_classify:;
     __u8            tc_at_ingress:;
     __u8            tc_redirected:;
     __u8            tc_from_ingress:;
 #endif

 #ifdef CONFIG_NET_SCHED
     __u16            tc_index;    /* traffic control index */
 #endif

     union {
         /* 校验和，必须包含csum_start和csum_offset */
         __wsum        csum;
         struct {
             /* 校验开始位置，相对于header */
             __u16    csum_start;
             /* 校验和存储位置，相对于csum_start */
             __u16    csum_offset;
         };
     };
     /*
         正在被传输的数据包QoS等级
         数据包由本地产生，套接字会定义优先级的值
         数据包在被转发，则在调用ip_forward函数时，会根据
         ip头本身的ToS字段定义该值
     */
     __u32            priority;
     /* 数据包接收时的网络设备索引号 */
     int            skb_iif;
     /* 数据包的hash值 */
     __u32            hash;
     /* vlan封装协议 */
     __be16            vlan_proto;
     /* vlan标签控制信息 */
     __u16            vlan_tci;
 #if defined(CONFIG_NET_RX_BUSY_POLL) || defined(CONFIG_XPS)
     union {
         unsigned int    napi_id;
         unsigned int    sender_cpu;
     };
 #endif
 #ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK
     __u32        secmark;
 #endif

     union {
         __u32        mark;
         __u32        reserved_tailroom;
     };

     /* 封装的协议 */
     union {
         __be16        inner_protocol;
         __u8        inner_ipproto;
     };
     /* 封装的传输层头部相对于head的偏移 */
     __u16            inner_transport_header;
     /* 封装的网络层头部相对于head的偏移 */
     __u16            inner_network_header;
     /* 封装的链路层头部相对于head的偏移 */
     __u16            inner_mac_header;

     /*
         l3层协议值
         如ETH_P_IP-ipv4报文
         ETH_P_ARP-arp报文等
     */
     __be16            protocol;
     /* 传输层头部相对于head的偏移 */
     __u16            transport_header;
     /* 网络层头部相对于head的偏移 */
     __u16            network_header;
     /* 链路层头部相对于head的偏移 */
     __u16            mac_header;

     /* private: */
     __u32            headers_end[];
     /* public: */

     /* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details.  */
     /* 实际数据的尾部 */
     sk_buff_data_t        tail;
     /* 缓冲区的尾部 */
     sk_buff_data_t        end;
     /* 缓冲区的头部 */
     unsigned char        *head,
     /* 实际数据的头部 */
                 *data;
     /*
         缓冲区的总大小，包括skb本身和实际数据len大小，alloc_skb函数将
         该字段设置为len+sizeof(sk_buff)
         每当len值更新，该值也要对应更新
     */
     unsigned int        truesize;

     /*
         引用计数，在使用该skb缓冲区的实例个数，当引用计数为0时，skb才能被释放
         skb_get()获取操作中会增加引用计数，kfree_skb释放过程中检查引用计数，
         引用计数为0时，才真正释放skb
         该计数器只计算sk_buff结构引用计数，缓冲区包含的实际数据由
         skb_shared_info->dataref字段记录
     */
     atomic_t        users;
 };