一. SKB_BUFF的基本概念
1. 一個完整的skb buff組成
(1) struct sk_buff--用於維護socket buffer狀態和描述信息
(2) header data--獨立於sk_buff結構體的數據緩衝區，用來存放報文分組，使各層協議的header存儲在連續的空間中，以方便協議棧對其操作
(3) struct skb_shared_info --作爲header data的補充，用於存儲ip分片，其中sk_buff *frag_list是一系列子skbuff鏈表，而frag[]是由一組單獨的page組成的數據緩衝區
skb buff結構圖如下：
struct skb_buff
表示接收或發送數據包的包頭信息，其成員變量在從一層向另一層傳遞時會發生修改。例如L3向L2傳遞前，會添加一個L3的頭部，所以在添加頭部前調用skb_reserve在緩衝區的頭部給協議頭預留一定的空間；L2向L3傳遞時候，L2的頭部只有在 網絡驅動處理L2的協議時有用，L3是不會關心它的信息的。但是，內核不會把L2的頭部從緩衝區中刪除，
sk_buff->h
sk_buff->nh
sk_buff->mac
指向TCP/IP各層協議頭的指針：h指向L4(傳輸層)，nh指向L3(網絡層)，mac指向L2(數據鏈路層)。每個指針的類型都是一個聯合， 包含多個數據結構，
sk_buff->head
sk_buff->data
sk_buff->tail
sk_buff->end
表示緩衝區和數據部分的邊界。在每一層申請緩衝區時，它會分配比協議頭或協議數據大的空間。head和end指向緩衝區的頭部和尾部，而data和 tail指向實際數據的頭部和尾部。每一層會在head和data之間填充協議頭，或者在tail和end之間添加新的協議數據。數據部分會在尾部包含一 個附加的頭部。
下圖是TCP（L4）向下發送數據給鏈路層L2的過程。注意skb_buff->data在從L4向L2穿越過程中的變化
幾個len的區別？
(1)sk_buff->len:表示當前協議數據包的長度。它包括主緩衝區中的數據長度(data指針指向它)和分片中的數據長度。比如，處在網絡層，len指的是ip包的長度，如果包已經到了應用層，則len是應用層頭部和數據載荷的長度。
(2)sk_buff->data_len: data_len只計算分片中數據的長度，即skb_shared_info中有效數據總長度（包括frag_list,frags[]中的擴展數據），一般爲0
(3)sk_buff->truesize:這是緩衝區的總長度，包括sk_buff結構和數據部分。如果申請一個len字節的緩衝區，alloc_skb函數會把它初始化成len+sizeof(sk_buff)。當skb->len變化時，這個變量也會變化。
通常，Data Buffer 只是一個簡單的線性 buffer，這時候 len 就是線性 buffer 中的數據長度；
但在有 ‘paged data’ 情況下， Data Buffer 不僅包括第一個線性 buffer ，還包括多個 page buffer；這種情況下， ‘data_len’ 指的是 page buffer 中數據的長度，’len’ 指的是線性 buffer 加上 page buffer 的長度；len – data_len 就是線性 buffer 的長度。
二. sk_buff結構操作函數
內核通過alloc_skb()和dev_alloc_skb()爲套接字緩存申請內存空間。這兩個函數的定義位於net/core/skbuff.c文件內。通過這alloc_skb()申請的內存空間有兩個，一個是存放實際報文數據的內存空間，通過kmalloc()函數申請；一個是sk_buff數據結構的內存空間，通過 kmem_cache_alloc()函數申請。dev_alloc_skb()的功能與alloc_skb()類似，它只被驅動程序的中斷所調用，與alloc_skb()比較只是申請的內存空間長度多了16個字節。
內核通過kfree_skb()和dev_kfree_skb()釋放爲套接字緩存申請的內存空間。dev_kfree_skb()被驅動程序使用，功能與kfree_skb()一樣。當skb->users爲1時kfree_skb()纔會執行釋放內存空間的動作，否則只會減少skb->users的值。skb->users爲1表示已沒有其他用戶使用該緩存了。
skb_reserve()函數爲skb_buff緩存結構預留足夠的空間來存放各層網絡協議的頭信息。該函數在在skb緩存申請成功後，加載報文數據前執行。在執行skb_reserve()函數前，skb->head，skb->data和skb->tail指針的位置的一樣的，都位於skb內存空間的開始位置。這部份空間叫做headroom。有效數據後的空間叫tailroom。skb_reserve的操作只是把skb->data和skb->tail指針向後移，但緩存總長不變。
運行skb_reserve()前sk_buff的結構
sk_buff
---------------------- ----------> skb->head，skb->data，skb->tail
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--------------------- ----------> skb->end
運行skb_reserve()後sk_buff的結構
sk_buff
---------------------- ----------> skb->head
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| headroom |
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|--------------------- | ----------> skb->data，skb->tail
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--------------------- ----------> skb->end
skb_put()向後擴大數據區空間，tailroom空間減少，skb->data指針不變，skb->tail指針下移。
skb_push()向前擴大數據區空間，headroom空間減少，skb->tail指針不變，skb->data指針上移
skb_pull()縮小數據區空間，headroom空間增大，skb->data指針下移，skb->tail指針不變。
skb_shared_info結構位於skb->end後，用skb_shinfo函數申請內存空間。該結構主要用以描述data內存空間的信息。
--------------------- -----------> skb->head
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| sk_buff |
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|---------------------| -----------> skb->end
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| skb_share_info |
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---------------------
skb_clone和skb_copy可拷貝一個sk_buff結構，skb_clone方式是clone，只生成新的sk_buff內存區，不會生成新的data內存區，新sk_buff的skb->data指向舊data內存區。skb_copy方式是完全拷貝，生成新的sk_buff內存區和data內存區。。
三. skb 的分配細節
1. 關於 SKB 的分配細節.
LINUX 中 SKB 的分配最終是由函數 : struct sk_buff *__alloc_skb(unsigned int size, gfp_t gfp_mask,int fclone) 來完成.
SKB 可以分爲 SKB 描述符與 SKB 數據區兩個部分,其中描述符必須從 CACHE 中來分配 : 或者從skbuff_fclone_cache 中分配,或者從 skbuff_head_cache 中來分配.
如果從分配描述符失敗,則直接反悔 NULL,表示 SKB 分配失敗.
SKB 描述符分配成功後,即可分配數據區.
在具體分配數據區之前首先要對數據區的長度進行 ALIGN 操作, 通過宏 SKB_DATA_ALIGN 來重新確定 size 大小. 然後戲臺調用 kmalloc 函數分配數據區 :
data = kmalloc(size + sizeof(struct skb_shared_info), gfp_mask);
需要注意的是數據區的大小是 SIZE 的大小加上 skb_shared_info 結構的大小.
數據區分配成功後,便對 SKB 描述符進行與此數據區相關的賦值操作 :
memset(skb, 0, offsetof(struct sk_buff, truesize));
skb->truesize = size + sizeof(struct sk_buff);
atomic_set(&skb->users, 1);
skb->head = data;
skb->data = data;
skb->tail = data;
skb->end = data + size;
需要主意的是, SKB 的 truesize 的大小並不包含 skb_shared_info 結構的大小. 另外,skb 的 end 成員指針也就是skb_shared_info 結構的起始指針,系統用
一個宏 : skb_shinfo 來完成尋找 skb_shared_info 結構指針的操作.
最後,系統初始化 skb_shared_info 結構的成員變量 :
atomic_set(&(skb_shinfo(skb)->dataref), 1);
skb_shinfo(skb)->nr_frags = 0;
skb_shinfo(skb)->tso_size = 0;
skb_shinfo(skb)->tso_segs = 0;
skb_shinfo(skb)->frag_list = NULL;
skb_shinfo(skb)->ufo_size = 0;
skb_shinfo(skb)->ip6_frag_id = 0;
最後,返回 SKB 的指針.
2. SKB 的分配時機
SKB 的分配時機主要有兩種,最常見的一種是在網卡的中斷中,有數據包到達的時,系統分配 SKB 包進行包處理; 第二種情況是主動分配 SKB 包用於各種調試或者其他處理環境.
3. SKB 的 reserve 操作
SKB 在分配的過程中使用了一個小技巧 : 即在數據區中預留了 128 個字節大小的空間作爲協議頭使用, 通過移動 SKB 的 data 與 tail 指針的位置來實現這個功能.
4. SKB 的 put 操作
put 操作是 SKB 中一個非常頻繁也是非常重要的操作, 但是, skb_put()函數其實什麼也沒做!
它只是根據數據的長度移動了 tail 指針並改寫了 skb->len 的值,其他的什麼都沒做,然後就返回了 skb->data 指針(就是 tail 指針在移動之前的位置). 看上去此函數彷彿要拷貝數據到 skb 的數據區中,其實這事兒是 insl 這個函數乾的,跟 skb_put() 函數毫不相關,不過它仍然很重要.
5. 中斷環境下 SKB 的分配流程
當數據到達網卡後,會觸發網卡的中斷,從而進入 ISR 中,系統會在 ISR 中計算出此次接收到的數據的字節數 : pkt_len, 然後調用 SKB 分配函數來分配 SKB :
skb = dev_alloc_skb(pkt_len+5);
我們可以看到, 實際上傳入的數據區的長度還要比實際接收到的字節數多,這實際上是一種保護機制. 實際上,在 dev_alloc_skb 函數調用 __dev_alloc_skb 函數,而 __dev_alloc_skb 函數又調用 alloc_skb 函數時,其數據區的大小又增加了 128 字節, 這 128 字節就事前面我們所說的 reserve 機制預留的 header 空間.
四. 不同情況下構造skb數據包的實現
http://blog.csdn.net/efan_linux/archive/2009/09/23/4580024.aspx
在我這個網絡接口的程序中（can0），其實難點就是怎樣組包。怎樣在原來數據包的基礎加上自己的數據，怎樣構造ip頭，怎樣構造udp頭。
調試了兩個星期，終於是調通了，在這個過程中，通過看內核源代碼和自己組包的嘗試，大概對組包的方法有了些瞭解，記錄在此，留做備忘，也希望能給需要這方面信息的朋友一點幫助吧。
1，正常網卡收到數據包後的情況：
她的工作就是剝離mac頭，然後給一些字段賦值，最後調用netif_rx將剝離mac頭後的數據報（比如ip數據包）發送到上層協議。由協議棧處理。在此以ldd3中的snull爲例，雖然snull跟硬件不相關，但這個過程都是類似的。
struct sk_buff *skb;
struct snull_priv *priv = netdev_priv(dev);
skb = dev_alloc_skb(pkt->datalen + 2);
if (!skb) {
if (printk_ratelimit())
printk(KERN_NOTICE "snull rx: low on mem - packet dropped/n");
priv->stats.rx_dropped++;
goto out;
}
skb_reserve(skb, 2); /* align IP on 16B boundary */
memcpy(skb_put(skb, pkt->datalen), pkt->data, pkt->datalen);
/* Write metadata, and then pass to the receive level */
skb->dev = dev;
skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);
skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY; /* don't check it */
priv->stats.rx_packets++;
priv->stats.rx_bytes += pkt->datalen;
netif_rx(skb);
注意：上面代碼中紅色放大的地方是重要的。
因爲此刻收到的數據包的格式如下：mac＋ip＋udp/udp＋data
這時候的處理就是剝離mac頭，然後需要更新的一些域值。這些都是在函數eth_type_trans函數裏做的。需要注意的是，skb->dev = dev;這條語句是很重要的，如果沒有此語句，將會導致系統錯誤而死機（至少在我的板子上是這樣的）。
注意：eth_type_trans()函數主要賦值的是：
skb->mac.raw，skb->protocol和skb->pkt_type。見下面的代碼有無mac頭的情況。
2，完全從一個字符串開始構造一個新的skb數據包。
以前只是看過如何修改數據包，自己構造數據包，這還是頭一次，剛開始確實給我難住了，來來經過看內核代碼和自己摸索，我自己寫的代碼如下：
/*假設：data是一個指向字符串的指針，data_len是data的長度*/
struct ipv6hdr *ipv6h;
struct udphdr *udph;
struct sk__buff * new_skb;
int length = data_len + sizeof(struct ipv6hdr) + sizeof(udphdr);
new_skb = dev_alloc_skb(length);
if(!new_skb)
{
printk("low memory.../n"):
return -1;
}
skb_reserve(new_skb,length);
memcpy(skb_push(new_skb,data_len),data,data_len);
new_skb->h.uh = udph = (struct udphdr *)skb_push(new_skb,sizeof(struct udphdr));
memcpy(udph,&udph_tmp,sizeof(struct udphdr)); //注意，此刻我的udph_tmp是在另一個過程中截獲的數據包的udp頭，如果完全是自己構造數據包，則需要自己填充udp數據頭中的字段。
udph->len = .............. ; //此處需要給udph->len賦值。注意udph->len是__u16的。存儲時是高低位互換的，所以你應該先將你要更新的數字編成16進制的數，然後高低位互換，在賦值給udh->len。
udplen = new_skb->len;
new_skb->nh.ipv6h = ipv6h = (struct ipv6hdr *)skb_push(new_skb,sizeof(struct ipv6hdr));
memcpy(ipv6h,&ipv6h_tmp,sizeof(struct ipv6hdr)); //同udp頭註釋。
ipb6h->payload_len = ..........； //此處同udph->len.需要注意的是，此處所指的長度並不包括ipv6頭的長度，而是去掉ipv6頭後的長度。
udph->check = 0;
udph->check = csum_ipv6_magic(&ipv6h->saddr, &ipv6h->daddr, udplen, IPPROTO_UDP, csum_partial((char *)udph, udplen, 0));
///////////////注意，如果是ipv4，則還需要計算ip校驗和，但此處是ipv6，不用計算ip檢驗和，所以此處沒有ipv6頭的校驗。//////////////////////////
new_skb->mac.raw = new_skb->data; //因爲無mac頭
new_skb->protocol = htons(ETH_P_IPV6); //表明包是ipv6數據包
new_skb->pkt_type = PACKET_HOST; //表明是發往本機的包
new_skb->dev = &can_control; //此處很重要，如果沒有這條語句，則內核跑死。至少在我板子上是這樣的。can_control是我的net_device結構體變量。
netif_rx(new_skb);
3，當需要改變原有skb的數據域的情況。
此時，有兩種辦法：
可以先判斷skb的tailroom，如果空間夠大，則我們可以把需要添加的數據放在skb的tailroom裏。如果tailroom不夠大，則需要調用skb_copy_expand函數來擴充tailroom或者headroom。
例如我們需要在skb的後面加上一個16個字節的字符串，則代碼類似如下：
if(skb_tailroom(skb) < 16)
{
nskb = skb_copy_expand(skb, skb_headroom(skb), skb_tailroom(skb)+16,GFP_ATOMIC);
if(!nskb)
{
printk("low memory..../n");
dev_kfree_skb(skb);
return -1;
}
else
{
kfree_skb(skb); // 注意，如果此時是鉤子函數鉤出來的，則skb不能在這裏釋放，否則會造成死機。
skb = nskb;
}
memcpy(skb_put(skb,16),ipbuf,16); //ipbuf爲要加到skb後面的字符串
udplen = skb->len - sizeof(struct ipv6hdr);
udph->len += 0x1000; //換成十進制爲 + 16
ipv6h->payload_len += 0x1000;
udph->check = 0;
udph->check = csum_ipv6_magic(&ipv6h->saddr, &ipv6h->daddr, udplen, IPPROTO_UDP, csum_partial((char *)udph,udplen,0));
skb->mac.raw = new_skb->data; //因爲無mac頭
skb->protocol = htons(ETH_P_IPV6); //表明包是ipv6數據包
skb->pkt_type = PACKET_HOST; //表明是發往本機的包
skb->dev = &can_control; //此處很重要，如果沒有這條語句，則內核跑死。至少在我板子上是這樣的。can_control是我的net_device結構體變量。
netif_rx(skb);
}
注意：當調用skb_copy_expand或者修改了skb的數據域後，一定要更新udph->len和ipv6h->payload_len。否則上層應用（比如udp套接字）收到的數據包還是原來的數據包而不是修改後的數據包，因爲udph->len的原因。
本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/efan_linux/archive/2009/09/23/4580024.aspx