Socker Buffer的克隆

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分类专栏：协议栈网络文章标签：数据结构网络

于 2021-03-24 23:36:07 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/City_of_skey/article/details/115190512

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在处理网络数据包时，为了提高性能并允许不同进程无冲突地读取同一数据包，内核使用sk_buff克隆功能。sk_buff克隆仅复制数据结构而不复制数据包本身，通过增加引用计数确保资源管理。skb_clone函数用于实现克隆，其内部调用__skb_clone完成详细复制工作，包括设置克隆标识、用户计数和数据包引用计数。克隆后的sk_buff不归属任何套接字，且只能进行读操作，避免并发访问问题。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1 skb克隆

在什么时候需要对Socket Buffer进行克隆，某些时候，同一个Socket Buffer会由不同的进程进行独立处理，但这些进程所需要操作的只是sk_buff数据结构描述符，不需要对数据包本身做改动。这是为了提高处理性能，内核不需要对整个Socket Buffer（sk_buff数据结构和数据包缓冲区）做完全的复制，只对sk_buff数据结构做完全的复制，并对数据包的引用计数（dataref）加1，以此防止在还有进程使用该Socket Buffer的数据包情况下，缓冲区被释放。这就是sk_buff克隆函数的功能。这时原sk_buff和克隆的ks_buff共享同一个数据包。实现克隆操作的函数为：struct sk_buff *sk_clone(struct sk_buff *skb, gfp_t gtp_mask)。skb_clone产生一个队skb的克隆数据结构，返回指向克隆出来的sk_buff数据结构的指针。

克隆的sk_buff都具有以下特点：

不放任何sk_buff的管理队列
不属于任何套接字，即没有任何套接字拥有克隆的sk_buff.
两个sk_buff的结构的skb->cloned域都需要设置为1，克隆出来的sk_buff的sk->users域应设置为1，这样当要释放克隆出来的sk_buff数据结构时，第一次对他的释放就能成功了。
当一个sk_buff被克隆后，他的数据包中的值就不能再修改，这时我们访问数据包是可以不加锁，因为只能对数据包作读操作，也就不存在并发访问的问题

2 skb_clone函数

struct sk_buff *skb_clone(struct sk_buff *skb, gfp_t gfp_mask)
{
	struct sk_buff_fclones *fclones = container_of(skb,
						       struct sk_buff_fclones,
						       skb1);
	struct sk_buff *n = &fclones->skb2;

	if (skb_orphan_frags(skb, gfp_mask))
		return NULL;

	if (skb->fclone == SKB_FCLONE_ORIG &&
	    n->fclone == SKB_FCLONE_FREE) {
		n->fclone = SKB_FCLONE_CLONE;
		atomic_inc(&fclones->fclone_ref);
	} else {
		if (skb_pfmemalloc(skb))
			gfp_mask |= __GFP_MEMALLOC;

		n = kmem_cache_alloc(skbuff_head_cache, gfp_mask);
		if (!n)
			return NULL;

		kmemcheck_annotate_bitfield(n, flags1);
		n->fclone = SKB_FCLONE_UNAVAILABLE;
	}

	return __skb_clone(n, skb);
}

实际调用的时__skb_clone

static struct sk_buff *__skb_clone(struct sk_buff *n, struct sk_buff *skb)
{
#define C(x) n->x = skb->x

	n->next = n->prev = NULL;
	n->sk = NULL;
	__copy_skb_header(n, skb);

	C(len);
	C(data_len);
	C(mac_len);
	n->hdr_len = skb->nohdr ? skb_headroom(skb) : skb->hdr_len;
	n->cloned = 1; 	//克隆标识 
	n->nohdr = 0;
	n->destructor = NULL;
	C(tail);
	C(end);
	C(head);
	C(head_frag);
	C(data);
	C(truesize);
	atomic_set(&n->users, 1);  //设置标识位 

	atomic_inc(&(skb_shinfo(skb)->dataref)); //引用计数加1
	skb->cloned = 1;  //克隆标识

	return n;
#undef C
}

__skb_clone主要做了4件事