3.4.4 数据预留和对齐(skb_reserve, skb_push, skb_put, skb_pull)

转自：http://book.51cto.com/art/201206/345043.htm

《Linux内核源码剖析：TCP/IP实现》本书详细论述了Linux内核2.6.20版本中TCP/IP的实现。书中给出了大量的源代码，通过对源代码的详细注释，帮助读者掌握TCP/IP的实现。本节为大家介绍数据预留和对齐。

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3.4.4  数据预留和对齐

数据预留和对齐主要由skb_reserve()、skb_put()、skb_push()以及skb_pull()这几个函数来完成。

1．skb_reserve()

skb_reserve()在数据缓存区头部预留一定的空间，通常被用来在数据缓存区中插入协议首部或者在某个边界上对齐。它并没有把数据移出或移入数据缓存区，而只是简单地更新了数据缓存区的两个指针-分别指向负载起始和结尾的data和tail指针，图3-15 展示了调用skb_reserve()前后这两个指针的变化。

请注意：skb_reserve()只能用于空的SKB，通常会在分配SKB之后就调用该函数，此时data和tail指针还一同指向数据区的起始位置，如图3-15a所示。例如，某个以太网设备驱动的接收函数，在分配SKB之后，向数据缓存区填充数据之前，会有这样的一条语句skb_reserve(skb, 2)，这是因为以太网头长度为14B，再加上2B就正好16字节边界对齐，所以大多数以太网设备都会在数据包之前保留2B。

当SKB在协议栈中向下传递时，每一层协议都把skb->data指针向上移动，然后复制本层首部，同时更新skb->len。这些操作都使用图3-15 中所示的函数完成。

 

图3-15  在接收过程中使用skb_reserve()
a) 空的SKB  b) 头部预留2个字节  c) 复制以太网帧到SKB

2．skb_push()

skb_push()在数据缓存区的前头加入一块数据，与skb_reserve()类似，也并没有真正向数据缓存区中添加数据，而只是移动数据缓存区的头指针data和尾指针tail。数据由其他函数复制到数据缓存区中。

函数执行步骤如下：

1）当TCP发送数据时，会根据一些条件，如TCP最大分段长度MSS、是否支持聚合分散I/O等，分配一个SKB。

2）TCP需在数据缓存区的头部预留足够的空间，用来填充各层首部。MAX_TCP_HEADER是各层首部长度的总和，它考虑了最坏的情况：由于TCP层不知道将要用哪个接口发送包，它为每一层预留了最大的首部长度，甚至还考虑了出现多个IP首部的可能性，因为在内核编译支持IP over IP的情况下，会遇到多个IP首部。

3）把TCP负载复制到数据缓存区。需要注意的是，图3-16 只是一个例子，TCP负载可能会被组织成其他形式，例如分片，在后续章节中将会看到一个分片的数据缓存区是什么样的。

 

图3-16  TCP层向链路层传递时数据的填充过程
a) 空的SKB  b) 在SKB的头部预留足够的空间  c) 复制TCP数据  
d) 添加TCP首部  e) 添加IP首部  f) 添加以太网帧首部

4）TCP层添加TCP首部。

5）SKB传递到IP层，IP层为数据包添加IP首部。

6）SKB传递到链路层，链路层为数据包添加链路层首部。

3．skb_put()

skb_put()修改指向数据区末尾的指针tail，使之往下移len字节，即使数据区向下扩大len字节，并更新数据区长度len。调用skb_put()前后，SKB结构变化如图3-17所示。

 

图3-17  skb_put()示意
a) 调用前  b) 调用后

4．skb_pull()

skb_pull()通过将data指针往下移动，在数据区首部忽略len字节长度的数据，通常用于接收到数据包后在各层间由下往上传递时，上层忽略下层的首部。调用skb_pull()前后，SKB结构变化如图3-18所示。

 

图3-18  skb_pull()示意
a) 调用前  b) 调用后