sk_buff整理笔记（五、队列管理函数）

从开始的sk_buff结构及相关结构体的成员变量分析到sk_buff结构的一些操作函数，然后是sk_buff结构的内存申请和释放，接着是几个克隆拷贝函数的区别，再到现在要分析得列表管理函数。这有关sk_buff结构的一系列blog差不多就接近尾声了，仔细的分析了这几块内容，虽不能说对sk_buff结构非常了解，但也有了个全新的认识。感觉收获匪浅。下面开始分析下队列管理函数。

初始化函数：

头结点初始化函数：void skb_queue_head_init(struct sk_buff_head *list)；首先获取到sk_buff_head结构体中自旋锁，因为队列管理函数都是原子操作（要么不操作，要不一定要操作完，操作时不能被打扰），所以获取到锁才可以操作，防止异步中断。然后创建个空的链表。函数实现如下：

static inline void skb_queue_head_init(struct sk_buff_head *list)
{
spin_lock_init(&list->lock);// 获得头结点中的自旋锁
__skb_queue_head_init(list); // 调用函数初始化头结点
}
static inline void __skb_queue_head_init(struct sk_buff_head *list)
{
list->prev = list->next = (struct sk_buff *)list;// 创建一个链表
list->qlen = 0;// 链表节点个数为零
}

插入函数：

插入分为从队列的头部插入和队列的尾部插入，从队列头部插入由skb_queue_head()函数实现，从队列尾部插入由skb_queue_tail()函数实现。

头部插入函数实现：

void skb_queue_head(struct sk_buff_head *list, struct sk_buff *newsk)
{
unsigned long flags;

spin_lock_irqsave(&list->lock, flags); // 获取自旋锁，并且上锁
__skb_queue_head(list, newsk); // 真正的插入操作
spin_unlock_irqrestore(&list->lock, flags); // 解锁操作
}
static inline void __skb_queue_head(struct sk_buff_head *list,
    struct sk_buff *newsk)
{
__skb_queue_after(list, (struct sk_buff *)list, newsk);
// 第一个list本来表示的是一个链表指针，第二个list是由第一个队列指针list强转为链表头部结点
}
static inline void __skb_queue_after(struct sk_buff_head *list,
     struct sk_buff *prev,
     struct sk_buff *newsk)
{
__skb_insert(newsk, prev, prev->next, list); // 这里的prev实则是链表头部结点， 
}

可以看出头部插入函数一开始就是获取自旋锁，然后上锁操作，接下来才是真正的数据操作，最后一步是解锁。数据操作调用了_skb_queue_head()函数，而该函数其实什么也没做只是调用了_skb_queue_after()函数，同样的_skb_queue_after()函数也是什么都没做只是仅仅调用了_skb_insert()。所以归根结底还是_skb_insert()函数在做插入操作，而其他函数只是在传参数的时候告诉该函数往哪个位置上插入。后面会着重的分析下_skb_insert()插入函数。

尾部插入函数实现：

void skb_queue_tail(struct sk_buff_head *list, struct sk_buff *newsk)
{
unsigned long flags;

spin_lock_irqsave(&list->lock, flags); // 同头部插入函数一样，上锁操作
__skb_queue_tail(list, newsk); // 调用插入函数
spin_unlock_irqrestore(&list->lock, flags); // 解锁操作
}
static inline void __skb_queue_tail(struct sk_buff_head *list,
   struct sk_buff *newsk)
{
__skb_queue_before(list, (struct sk_buff *)list, newsk); // 调用函数实现参数的变化
}
static inline void __skb_queue_before(struct sk_buff_head *list,
      struct sk_buff *next,
      struct sk_buff *newsk)
{
__skb_insert(newsk, next->prev, next, list); // 调用函数实现真正的插入操作
}

尾部插入函数其实和头部插入函数非常相似（本来也应该相似，因为他们都是插入操作，仅仅不同的只是插入位置而已），上锁----》插入----》解锁，其他调用的函数也是什么都没有做仅仅是到最后调用_skb_insert()函数来插入，以及在传参数时，控制插入的位置而已。

不管是从队列的头部插入还是从队列的尾部插入，其本质都是调用_skb_insert()函数来进行插入处理。下面分析该函数的实现：

_skb_insert()函数实现：

static inline void __skb_insert(struct sk_buff *newsk,
struct sk_buff *prev, struct sk_buff *next,
struct sk_buff_head *list)
{
newsk->next = next;
newsk->prev = prev;
next->prev  = prev->next = newsk;
list->qlen++;
}

该函数实现的是在prev和next之间插入newsk结构体，所以如果是队列头部插入：则prev这个形参就要用头结点来传入，next就要用头结点->next来传入；如果是队列尾部插入：则prev这个形参则用头结点->prev来传入，而next就用头结点来传入；最后再让链表节点个数qlen变量加1；原理如下图：

sk_buff整理笔记（五、队列管理函数）

出队列函数：

有入队列函数（即插入函数）就一定会有对应的出队列函数。出队列函数也分为：从队列头部开始把第一个元素出队列，和从队列尾部开始把第一个元素出队列。分析下实现函数。

头部出队列函数：

struct sk_buff *skb_dequeue(struct sk_buff_head *list)
{
unsigned long flags;
struct sk_buff *result;

spin_lock_irqsave(&list->lock, flags); // 获取锁，上锁
result = __skb_dequeue(list); // 出队列操作
spin_unlock_irqrestore(&list->lock, flags); // 解锁操作
return result;
}

static inline struct sk_buff *__skb_dequeue(struct sk_buff_head *list)
{
struct sk_buff *skb = skb_peek(list); // 调用函数来获取到出队列元素
if (skb) // 判断获取到元素是否存在，以防是只有头结点的队列
__skb_unlink(skb, list); // 调用函数实现具体的出队列操作 
return skb;
}

static inline struct sk_buff *skb_peek(struct sk_buff_head *list_)
{
struct sk_buff *list = ((struct sk_buff *)list_)->next;// 获取到头部节点开始的第一个元素
if (list == (struct sk_buff *)list_) // 判断是否为头部节点自身，即：是否只有一个头节点的队列
list = NULL; // 若只有头节点，则返回空
return list;
}

和所有队列操作函数一样，出队列函数实现步骤也是：上锁----》出队列操作-----》解锁。真正操作还是在_skb_unlink()函数，其他函数也只是定位要出哪个元素而已。具体的出队列函数_skb_unlink()函数，将在后面分析。

尾部出队列函数：

struct sk_buff *skb_dequeue_tail(struct sk_buff_head *list)
{
unsigned long flags;
struct sk_buff *result;

spin_lock_irqsave(&list->lock, flags); // 上锁操作
result = __skb_dequeue_tail(list); // 调用函数进行具体的出队列操作
spin_unlock_irqrestore(&list->lock, flags); // 解锁操作

}

static inline struct sk_buff *__skb_dequeue_tail(struct sk_buff_head *list)
{
struct sk_buff *skb = skb_peek_tail(list);// 获取到出队列元素
if (skb) // 判断出队列元素是否为空，防止只有一个元素的队列
__skb_unlink(skb, list);// 调用函数实现具体的出队列操作
return skb;
}

static inline struct sk_buff *skb_peek_tail(struct sk_buff_head *list_)
{
struct sk_buff *list = ((struct sk_buff *)list_)->prev; // 获取到头部节点的前一个，即是尾部开始节点
if (list == (struct sk_buff *)list_) // 判断是否是只有一个头节点的队列
list = NULL;
return list;
}

看了尾部出队列操作函数，会发现头部出队列函数命名其实有点不同，按常理来说应该是：skb_dequeue_head()才能和尾部出队列函数：skb_dequeue_tail()相符合。但是不知为什么内核定义的确是skb_dequeue()，这着实不能理解，只能当做是作者的一个美丽失误吧。其实尾部出队列操作函数和头部出队列函数非常相似，其实大部分对应的操作函数的是非常相似，这是内核设计的模块化和代码耦合度考虑。下面来分析下真正的出队列操作函数_skb_unlink()函数。

_skb_unlink()函数：

static inline void __skb_unlink(struct sk_buff *skb, struct sk_buff_head *list)
{
struct sk_buff *next, *prev;

list->qlen--; // 队列元素计数器自减1
next   = skb->next; // 下面的实现分析看图 
prev   = skb->prev;
skb->next  = skb->prev = NULL;
next->prev = prev;
prev->next = next;
}

_skb_unlink()函数实现原理图：

sk_buff整理笔记（五、队列管理函数）

清空队列函数：

内核中特意实现了一个清空所有队列元素的操作函数：skb_queue_purge()；函数实现如下：

void skb_queue_purge(struct sk_buff_head *list) // 传入一个链表头结点
{
struct sk_buff *skb;
while ((skb = skb_dequeue(list)) != NULL) // 从头部开始循环出队列，直到最后一个头部节点
kfree_skb(skb);// 队列中每出一个元素就释放掉一个元素
}

遍历队列操作：

内核定义了一系列宏来进行遍历队列操作，是从两方面考虑：第一、从哪个元素开始遍历；第一、是否要安全遍历，防止遍历时，元素被删除。

#define skb_queue_walk(queue, skb) \
for (skb = (queue)->next;\
     prefetch(skb->next), (skb != (struct sk_buff *)(queue));\
     skb = skb->next)
// 上面的遍历是从queue头结点开始遍历，直到遍历循环回到queue结束。
// 也就是遍历整个队列操作，但该宏不能做删除skb操作,一旦删除了skb后，skb->next就是非法的(因为此时skb不存在)。

#define skb_queue_walk_safe(queue, skb, tmp)\
for (skb = (queue)->next, tmp = skb->next;\
     skb != (struct sk_buff *)(queue);\
     skb = tmp, tmp = skb->next)
// 这个宏也是从queue头结点开始遍历整个队列操作，唯一不同的是这个宏用了一个临时变量，就是防止遍历时要删除掉skb变量，
// 因为删除掉了skb后，也可以从skb=tmp中再次获得，然后依次tmp = skb->next;(此时skb是存在的)所以遍历时，可以做删除操作。

#define skb_queue_walk_from(queue, skb)\
for (; prefetch(skb->next), (skb != (struct sk_buff *)(queue));\
     skb = skb->next)
// 这个宏是从skb元素处开始遍历直到遇到头结点queue结束，该宏只能做查看操作，不能做删除skb操作，分析如第一个宏

#define skb_queue_walk_from_safe(queue, skb, tmp)\
for (tmp = skb->next;\
     skb != (struct sk_buff *)(queue);\
     skb = tmp, tmp = skb->next)
// 这个宏也是从skb元素开始遍历直到遇到queue元素结束，但该宏可以做删除skb元素操作，具体分析如第一个宏

#define skb_queue_reverse_walk(queue, skb) \
for (skb = (queue)->prev;\
     prefetch(skb->prev), (skb != (struct sk_buff *)(queue));\
     skb = skb->prev)
// 这是个逆反遍历宏，就是从queue头结点的尾部开始（或者说从前驱元素开始）直到遇到queue元素节点。
// 也即是从头结点尾部开始遍历了整个队列，此宏和第一、第三个宏一样，不能做删除操作。

上面五个队列遍历操作宏都是大同小异，还有个指令稍微说下：prefetch(skb->next)，这是个预取指令操作，提高CPU效率而已。

插入数据函数：

插入数据函数和插入函数是不一样的，插入函数是把sk_buff结构体插入链表中，而插入数据函数是把数据插入sk_buff结构的数据区。函数实现如下：

// skb为被添加的sk_buff类型的结构体，from为将要添加的数据源，copy为数据源的长度
static inline int skb_add_data(struct sk_buff *skb,
       char __user *from, int copy)
{
const int off = skb->len;

if (skb->ip_summed == CHECKSUM_NONE) {// 表示检验ip包的校验
int err = 0;
// 数据拷贝操作，这里调用了skb_put()函数让tail往下移空出控件来存放将要拷贝的数据，并且返回tail指针
__wsum csum = csum_and_copy_from_user(from, skb_put(skb, copy), 
    copy, 0, &err); 
if (!err) {
skb->csum = csum_block_add(skb->csum, csum, off); // 这个应该是IP校验计算吧
return 0;
}
} else if (!copy_from_user(skb_put(skb, copy), from, copy)) // 这是最本质的数据拷贝操作宏，同样调用了skb_put()函数返回tail指针
return 0;

__skb_trim(skb, off); // 这个是删除数据操作，将在下一个数据删除（skb_trim()函数）分析
return -EFAULT;
}

static inline
__wsum csum_and_copy_from_user (const void __user *src, void *dst,
      int len, __wsum sum, int *err_ptr)
{
if (access_ok(VERIFY_READ, src, len)) // 判断数据长度关系
return csum_partial_copy_from_user(src, dst, len, sum, err_ptr); // 调用拷贝函数

if (len)
*err_ptr = -EFAULT;
return sum;
}

static __inline__
__wsum csum_partial_copy_from_user(const void __user *src,
                                         void *dst, int len, __wsum sum,
                                         int *err_ptr)
{
        if (copy_from_user(dst, src, len)) { // 拷贝操作
                *err_ptr = -EFAULT;
                return (__force __wsum)-1;
        }
        return csum_partial(dst, len, sum); // 设置校验和
}

// 这是调用memcpy()函数来对数据进行拷贝，to是tail指针，from是将要插入的数据源指针，n是数据源长度
#define copy_from_user(to, from, n)(memcpy((to), (from), (n)), 0)

删除数据函数：

删除数据函数和插入数据函数相对应，和删除函数不一样，删除函数只是删除队列链表中的某个元素节点，而删除数据函数是删除sk_buff结构中的数据区数据以及删除sk_buff结构中分片结构的数据区中数据。这些删除操作都是从尾部tail指针开始删除，实现函数如下：删除sk_buff结构中的数据区数据函数：

void skb_trim(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
{
// 这里值得注意的是len不是要删除的数据长度，而是删除后的数据长度，即是新的数据长度。
// 所以新的数据长度不能比开始的skb的长度还大，否则就是插入增加数据函数而不是删除数据函数了
if (skb->len > len) 
__skb_trim(skb, len);// 调用函数进行删除数据操作
}

static inline void __skb_trim(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
{
if (unlikely(skb->data_len)) {
WARN_ON(1);
return;
}
skb->len = len; // 为新的skb赋上删除后的len值
skb_set_tail_pointer(skb, len); // 调用函数删除操作
}

static inline void skb_set_tail_pointer(struct sk_buff *skb, const int offset)
{
skb->tail = skb->data + offset; // 实质上没有对数据进行删除，只是让tail指针偏移，改变有效数据值
}

删除sk_buff结构中分片结构的数据区数据函数：

static inline int pskb_trim(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
{
return (len < skb->len) ? __pskb_trim(skb, len) : 0; // 这个功能和上面类似，如果新len值小于skb原有的值，则做删除操作
}
static inline int __pskb_trim(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
{
if (skb->data_len)// 如果分片结构数据区有数据
return ___pskb_trim(skb, len);// 则调用该函数来删除分片结构中的数据区数据
__skb_trim(skb, len);// 这个和上面删除sk_buff结构中的数据区数据一样
return 0;
}

pskb_trim()函数其实包含了skb_trim()函数，如果当分片结构数据区没有数据则skb_trim()函数和pskb_trim()函数是一样的。如果分片结构数据区有数据时，则pskb_trim()函数不仅要删除sk_buff结构数据区数据（skb_trim()函数功能），还要删除分片结构数据区数据。

拆分数据函数：

拆分数据函数是把数据区数据拆分成两个存放到另外一个skb中，其实拆分数据函数并不复杂，只是一些指针的赋值，和控制。下面看函数实现：

// skb为原来的skb结构体（将要被拆分的），skb1为拆分后得到的子skb，len为拆分后的skb的新长度
void skb_split(struct sk_buff *skb, struct sk_buff *skb1, const u32 len)
{
int pos = skb_headlen(skb);// pos = skb->len - skb->data_len，pos是skb结构中数据区的有效数据长度

if (len < pos)// 如果拆分长度小于skb数据区中的有效长度，则调用下面函数
skb_split_inside_header(skb, skb1, len, pos);// 该函数只拆分skb数据区中的数据
else  // 反之，如果拆分长度不小于skb数据区中的有效长度，则调用下面函数
skb_split_no_header(skb, skb1, len, pos);// 拆分skb结构中的分片结构中数据区数据
}

// 这是只拆分sk_buff结构数据区的数据，其他参数不变，参数：pos则是sk_buff结构数据区中有效数据长度
static inline void skb_split_inside_header(struct sk_buff *skb,
   struct sk_buff* skb1,
   const u32 len, const int pos)
{
int i;
// 这是个把sk_buff结构中有效数据拷贝到新的skb1中,pos为有效数据长度，len为剩下数据长度，得：pos-len为要拷贝的数据长度
        // skb_put(skb1,pos-len)是移动tail指针让skb1结构数据区空出空间来存放将要拷贝的数据，该函数返回tail指针
skb_copy_from_linear_data_offset(skb, len, skb_put(skb1, pos - len),
 pos - len);
            // 为了方便理解，把该函数实现代码注释进来
            // skb为要被拆分的sk_buff结构，offset为剩下新的skb数据长度，to为skb1结构中tail指针，len为要拷贝的数据长度
            // static inline void skb_copy_from_linear_data_offset(const struct sk_buff *skb,
    //    const int offset, void *to,
    //    const unsigned int len)
    // {
    // 从skb要剩下的数据位置开始（即是skb->data+offset，skb->data和skb->data+offset之间的数据是要保留的）
            // to则是tail指针移动前返回的一个位置指针（详细请看skb_put()函数实现），拷贝len长度内容
    //<span style="white-space:pre"></span>memcpy(to, skb->data + offset, len);
    //<span style="white-space:pre"></span>}
        // 如果对sk_buff结构及相关结构体中成员变量了解，则这些代码就非常好理解了。
        // nr_frags为多少个分片数据区，循环把所有分片数据拷贝到skb1中
for (i = 0; i < skb_shinfo(skb)->nr_frags; i++)
skb_shinfo(skb1)->frags[i] = skb_shinfo(skb)->frags[i];

//下面做的都是些成员字段拷贝赋值操作，并且设置skb的字段
skb_shinfo(skb1)->nr_frags = skb_shinfo(skb)->nr_frags;
skb_shinfo(skb)->nr_frags  = 0;
skb1->data_len   = skb->data_len;
skb1->len   += skb1->data_len;
skb->data_len   = 0;
skb->len   = len;
skb_set_tail_pointer(skb, len);// 下面把实现函数代码注释进来，方便理解
 //static inline void skb_set_tail_pointer(struct sk_buff *skb, const int offset)
//{
//// 这是把tail指针移到数据区的最后面
//skb->tail = skb->data + offset;
//}
}


// 这是拆分分片结构数据区数据，同理，其他参数不变，参数：pos则是sk_buff结构数据区中有效数据长度
static inline void skb_split_no_header(struct sk_buff *skb,
       struct sk_buff* skb1,
       const u32 len, int pos)
{
int i, k = 0;
// 开始设置sk_buff结构数据区内容
const int nfrags = skb_shinfo(skb)->nr_frags;
skb_shinfo(skb)->nr_frags = 0;
skb1->len  = skb1->data_len = skb->len - len;
skb->len  = len;
skb->data_len  = len - pos;

// 这是循环拆分分片结构数据区数据
for (i = 0; i < nfrags; i++) {
int size = skb_shinfo(skb)->frags[i].size;
// 其实拆分，数据区存储不会动，动的只是指向这些数据存储的位置指针
       //  下面都是把skb的一些指向分片结构数据区的指针赋值给skb1中的数据区相关变量
if (pos + size > len) {
skb_shinfo(skb1)->frags[k] = skb_shinfo(skb)->frags[i];
if (pos < len) {
get_page(skb_shinfo(skb)->frags[i].page);
skb_shinfo(skb1)->frags[0].page_offset += len - pos;
skb_shinfo(skb1)->frags[0].size -= len - pos;
skb_shinfo(skb)->frags[i].size= len - pos;
skb_shinfo(skb)->nr_frags++;
}
k++;
} else
skb_shinfo(skb)->nr_frags++;
pos += size;
}
skb_shinfo(skb1)->nr_frags = k;
}

至此，就把sk_buff结构及其相关结构分析了个透彻：第一篇，分析了sk_buff结构及其相关结构的成员变量字段----sk_buff 整理笔记（一、数据结构）；第二篇，分析了sk_buff结构中的四大指针，以及操作这几个指针的函数----sk_buff整理笔记（二、操作函数）；第三篇，分析了sk_buff结构及其相关结构的内存申请和释放----sk_buff整理笔记（三、内存申请和释放）；第四篇，分析了sk_buff结构以及相关结构的复制拷贝和克隆问题，何时用何种函数进行克隆或者复制拷贝----sk_buff整理笔记（四、克隆与复制）；第五篇，则是分析了sk_buff结构队列链表的一些操作管理函数，及其数据的增删改查，拆分等操作函数----sk_buff整理笔记（五、队列管理函数）；

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插入数据函数：

删除数据函数：

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