第一百一十一章：sk_buff

问道期

涉及内核源码：

一

林小源在码头边捡到了一张卷起来的羊皮纸。

纸很薄，但展开后却出奇地大。上面没有文字，而是一连串刻度线——像一把可以伸缩的尺子。尺子的一端标着 head，另一端标着 end，中间有两个可移动的标记：data 和 tail。

一个穿着灰色长袍的文书坐在码头的石阶上，手里拿着一摞同样的羊皮纸，正往上面盖章。

"你是？"

"我是 sk_buff 的管事。" 文书推了推鼻梁上的小圆镜，"每一张羊皮纸，就是一个数据包。网络协议栈里流转的所有数据，都由我这些纸来承载。"

他拿起林小源手里的羊皮纸，指着刻度线："head 和 end 是缓冲区的两端——纸的物理边界。data 和 tail 是当前数据的起止位置。中间的部分是有效数据。"

"为什么要四个指针？"

文书笑了："你想想，数据包在协议栈里往下走的时候，每一层都要加自己的报文头——TCP 头、IP 头、MAC 头。如果每次都重新分配内存、复制数据，那得多慢？"

他在羊皮纸的 data 端前面画了一个方框："加报文头的时候，只要把 data 往前移就行——。数据不用动，只是指针在走。到了对面，剥报文头的时候把 data 往后移——。同样，数据不用动。"

"那往后面加数据呢？"

"，tail 往后移。" 文书把四个操作写在纸边，"push、pull、put——三个动作，覆盖了协议栈里所有的数据操作。没有拷贝，没有重分配，只有指针的移动。"

林小源拿起那张羊皮纸翻来覆去看——这就是数据包的肉身，协议栈里流转的所有数据都靠它承载。

二

林小源在文书身旁坐下，看着他往羊皮纸上盖章。

每张纸的顶部都盖着不同的印章：有的写着 ，有的写着 ，有的写着 。

"这些是协议类型。" 文书解释，"每张 sk_buff 还带一大堆元数据——关联的网络设备 、关联的 socket sk、数据长度 、校验和状态……你以后用到哪个就看哪个。"

他抽出一张纸，翻过来。背面画着一条链表——每张 sk_buff 的 和 指针串在一起，形成双向链表。

"发送队列、接收队列、重传队列——都是用 sk_buff 串起来的链表。 是链表头，里面有一个 记录队列长度。你往队列里加一个包、减一个包，都是链表操作。"

"为什么不直接用数组？"

"因为 sk_buff 的大小不固定——有的包大、有的包小，有的带分片、有的不带。链表灵活，不需要连续内存。而且内核还有 slab 分配器专门给 sk_buff 做缓存——，分配和释放都很快。"

林小源拿起一张空白的羊皮纸，试着用 在头部加了一段文字。data 指针果然往前移了，整段文字出现在了数据区的最前面。他又用 把它剥掉，data 指针回到原位，那段文字消失了——不是被覆盖，而是指针越过了它。

"它还在那里？"

"在，但 data 到 tail 之间看不到它了。这就是 push 和 pull 的本质——改变视角，不改变数据。"

他忽然明白了——push 和 pull 的本质是移动指针，而不是搬动数据，这才是 sk_buff 高效的秘密。

三

黄昏时分，林小源站在码头高处，俯瞰整个协议栈。

他看到一摞 sk_buff 从应用层的方向流下来。每经过一层，就有一个身影冲上来，在羊皮纸的 data 端前面盖一个章、画一个方框。TCP 层盖了 20 个字节的章，IP 层盖了 20 个字节的章，MAC 层盖了 14 个字节的章。每盖一次，data 就往前移一截。

"这就是发送。" 文书站在他身旁，"从上往下，层层加头。sk_buff 就像一封信——每经过一个邮局，就在信封上贴一张邮票。到了目的地，反着来——一层一层撕掉邮票，露出里面的内容。"

接收方向，一摞 sk_buff 从网卡的方向飞上来。每经过一层，就有一个身影冲上去，把最前面的方框撕掉。MAC 层撕掉 14 字节，IP 层撕掉 20 字节，TCP 层撕掉 20 字节。每撕一次，data 就往后移一截。最后剩下的就是纯应用数据，交给了 socket。

"sk_buff 是协议栈的信使。" 文书说，"它从应用层出发，穿越整个协议栈，最后到达网卡。或者反过来，从网卡出发，穿越协议栈，最后到达应用层。整个过程中，sk_buff 本身不变——变的只是 data 和 tail 的位置，以及那些层层叠叠的报文头。"

林小源看着那些羊皮纸在协议栈中穿梭，忽然觉得它们像一条条河流中的船——船身不变，但每经过一个渡口就多挂一面旗、卸一面旗。旗越来越多，然后越来越少，最终只剩下船本身。

sk_buff 穿越协议栈的方式让他想起了渡口的船——船身不变，每过一个渡口就多挂一面旗、卸一面旗，最后只剩船本身。

/*
 * struct sk_buff 的关键字段：
 *
 *   head — 数据缓冲区的起始
 *   data — 当前数据的起始
 *   tail — 当前数据的结束
 *   end — 数据缓冲区的结束
 *
 *   len — 数据长度
 *   protocol — 协议类型
 *   dev — 关联的网络设备
 *   sk — 关联的 socket
 *
 * sk_buff 的结构：
 *   ┌──────────┐
 *   │ head     │ 缓冲区起始
 *   ├──────────┤
 *   │ mac_hdr  │ MAC 头
 *   ├──────────┤
 *   │ net_hdr  │ IP 头
 *   ├──────────┤
 *   │ data     │ 当前数据
 *   ├──────────┤
 *   │ tail     │ 数据结束
 *   ├──────────┤
 *   │ end      │ 缓冲区结束
 *   └──────────┘
 *
 * sk_buff 的操作：
 *   alloc_skb — 分配
 *   kfree_skb — 释放
 *   skb_put — 添加数据到尾部
 *   skb_push — 添加数据到头部
 *   skb_pull — 移除头部数据
 */

printf("=== sk_buff — 网络数据包的核心 ===\n\n");

printf("sk_buff 的结构:\n");
printf("  ┌──────────┐\n");
printf("  │ head     │ 缓冲区起始\n");
printf("  ├──────────┤\n");
printf("  │ mac_hdr  │ MAC 头 (14 字节)\n");
printf("  ├──────────┤\n");
printf("  │ net_hdr  │ IP 头 (20 字节)\n");
printf("  ├──────────┤\n");
printf("  │ data     │ 当前数据\n");
printf("  ├──────────┤\n");
printf("  │ tail     │ 数据结束\n");
printf("  ├──────────┤\n");
printf("  │ end      │ 缓冲区结束\n");
printf("  └──────────┘\n\n");

printf("--- sk_buff 的生命周期 ---\n");
printf("1. 分配: alloc_skb()\n");
printf("2. 填充数据\n");
printf("3. 添加协议头\n");
printf("4. 发送或接收\n");
printf("5. 释放: kfree_skb()\n\n");

printf("--- sk_buff 操作 ---\n");
printf("skb_put(skb, len):\n");
printf("  在尾部添加数据\n");
printf("  tail 向后移动\n\n");
printf("skb_push(skb, len):\n");
printf("  在头部添加数据\n");
printf("  data 向前移动\n\n");
printf("skb_pull(skb, len):\n");
printf("  移除头部数据\n");
printf("  data 向后移动\n\n");

printf("--- 协议栈的 sk_buff ---\n");
printf("发送时:\n");
printf("  应用层数据\n");
printf("  → 添加 TCP 头 (skb_push)\n");
printf("  → 添加 IP 头 (skb_push)\n");
printf("  → 添加 MAC 头 (skb_push)\n");
printf("  → 发送到网卡\n\n");
printf("接收时:\n");
printf("  网卡接收数据\n");
printf("  → 去除 MAC 头 (skb_pull)\n");
printf("  → 去除 IP 头 (skb_pull)\n");
printf("  → 去除 TCP 头 (skb_pull)\n");
printf("  → 传递给应用层\n");

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道藏笔记

内核启示

sk_buff 就是数据包的肉身——协议栈里流转的所有数据都靠它承载。

那四个指针是精髓：head 和 end 是缓冲区的物理边界，data 和 tail 是当前有效数据的起止。加报文头的时候 把 data 往前移，剥报文头的时候 把 data 往后移，往尾部加数据用 把 tail 往后移——三个动作覆盖了协议栈里所有的数据操作，全程没有拷贝、没有重分配，只有指针在走。

sk_buff 还带一大堆元数据：关联的网络设备 、关联的 socket sk、协议类型 、数据长度 。发送队列、接收队列、重传队列都是用 sk_buff 串起来的双向链表。内核还有 slab 分配器专门给 sk_buff 做缓存，分配和释放都很快。

发送时从上往下层层加头，接收时从下往上层层剥头——sk_buff 本身不变，变的只是 data 和 tail 的位置。

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破关试炼

sk_buff 之试

sk_buff 里执行 skb_put() 往尾部添加数据时，向后移动的是哪个指针？

答对后才能继续滑动和进入下一章。

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