关于ptype_all和pypte_base中的pt_prev的说明[转]

Godbach

【Godbach注】
论坛中也经常有网友问到这个问题，pt_prev在ptype_all和pypte_base中的作用是什么。我在LinuxForum上发现了一篇对该问题解释的精华帖。这里转载过来，并将原帖中两个关键的回帖一并贴了过来，以飨大家。原文是有ID为getmoon发表于LinuxForum上的，连接为：http://www.linuxforum.net/forum/ ... &page=&view=&sb=&o=。感谢getmoon的精彩分析。
                                                                                                                                                                                                                                           --Mar 27，2010

    看见noble_shi兄弟"关于net_rx_action函数的若干问题"贴中关于pt_prev的问题， 本来想在论坛上找到一个相关的帖子的链接告诉他。但是发现咱们论坛上关于pt_prev的讨论要么没有说明，要么理解的偏差，甚至是错误。而且关于pt_prev的提问很多。故写了以下内容。

    不过本人水平有限，难免说错。请执教getmoon@163.com

    结论：pt_prev使用的原因是为了减少一次kfree_skb的调用，提高效率。

    如果有异议的请往下看。如果你对skb非常了解，那么请直接看<三>， 否则请一步一步往下看。

<一>相关知识
在讲pt_prev的作用之前， 咱们先说明以下的东西。
（1）alloc_skb中初始化skb->users计数为1。

1. struct sk_buff( )
   
2. {
   
3. ....
   
4.     atomic_set(&skb->users， 1)；
   
5. ...
   
6. }
   

复制代码

（2）kfree_skb中如果计数skb->users不为1则不会释放skbuff 。

1. static inline void kfree_skb(struct sk_buff *skb)
   
2. {
   
3. if (atomic_read(&skb->users) == 1 || atomic_dec_and_test(&skb->users))
   
4. __kfree_skb(skb);
   
5. }
   

复制代码

当引用数为1或者引用数减1等于零时， 回收包缓冲。

(3)linux内核网络协议栈中到本机的skb包是在上层协议中释放的。

<二>实现ptype_base和ptype_all链
    讲了上面的东西后咱们来看ptype_base及ptype_all链相关的东西。这两个链的作用在这里就不讲了。 因为有了上面的东西， 所以涉及到一个skbuff共享的问题， 如果都用skb_clone或者skb_copy，那么性能将是很低的。 所以在linux中使用了skb共享的计数，就是用skb->users计数来计算共享的地方。
许多人理解了ptype_all和ptype_base链的作用之后，就认为为什么不用下面的算法实现。

1. for (ptype=ptype_base[ntohs(type)&15];ptype;ptype=ptype->next) {
   
2.     if (ptype->type == type && (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {
   
3.         atomic_inc(&skb->users);
   
4.         ptype->func(skb, skb->dev, ptype);
   
5.    }
   
6. }
   
7. kfree_skb(skb);
   

复制代码

    我来说说为什么最后还要一个kfree_skb。在进入这个for循环之前，skb->users的计数为1，每进入一个ptype->fun函数之前都会加，并且在每个ptype->fun函数里面都会有kfree_skb函数（会减users)，但是并没有真正的把skb释放掉。还记得刚开始说明中kfree_skb里面的atomic_dec_and_test(&skb->users)吗。 所以atomic_inc(&skb->users)；ptype->func(skb, skb->dev, ptype)；两句代码执行之后并没有改变skb->users的计数，还是1。所以这样可以在for循环中循环好几次， 无论几个ptype->func都可以共享这个skb。退出for循环之后， skb->users还是1，并且之前并没有真正的释放掉内存。因此你要调用kfree_skb(skb) 来释放内存。
    再说明一下另外一个问题，如果for循环就调用了ptype->func函数一次的话，那么在整个包的流程中，是调用了kfree_skb两次。 一次在ptype->func函数中，第二次是在for循环之后， 就是上面代码中的kfree_skb 。
说了上面的这个例子之后， 如果你现在知道了为什么用pt_prev来提交效率，那么你就不用往下看了。

<三> 利用pt_prev来提高效率
    理解了上面的内容之后，咱们来看看2.4中的代码。

1. for (ptype=ptype_base[ntohs(type)&15];ptype;ptype=ptype->next) {
   
2.     if (ptype->type == type && (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {
   
3.         if (pt_prev) {
   
4.             if (!pt_prev->data)
   
5.                deliver_to_old_ones(pt_prev, skb, 0);
   
6.            else {
   
7.                 /*到这里，那么pt_prev指针不为空，ptype(当前的）不为空，那么肯定要共享一次了，所以加1*/
   
8.                 atomic_inc(&skb->users);
   
9.                 pt_prev->func(skb，skb->dev, pt_prev);
   
10.                /*执行上面的函数之后，会在里面减1。所以相对来说，上面两句代码执行之后并没有对skb->users的值进行影响。*/
    
11.           }
    
12.        }
    
13.        pt_prev = ptype;
    
14. }
    
15. }
    
16. 
    
17. /*现在skb->users的计数还是为1*/
    
18. if (pt_prev) {
    
19.     if (!pt_prev->data)
    
20.         deliver_to_old_ones(pt_prev, skb, 1);
    
21.     else
    
22.     /*在这里就没有用atomic_inc(&skb->users);因为到这里，skb->users就为1，并且这里是最后一次，所以不用加1，
    
23.        那么skb就直接在下面的pt_prev->func(skb, skb->dev,   pt_prev);函数中释放了。
    
24.    */
    
25.     pt_prev->func(skb， skb->dev， pt_prev);
    
26. } else{
    
27.     /*到这里，已经没有对skb进行操作的了。所以必须调用kfree_skb把skb释放掉。*/
    
28.     kfree_skb(skb);
    
29. }
    

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    你看，<二>和<三>相比是否少了一次调用kfree_skb呢。

    到现在， 你是否理解了为什么么用pt_prev了。
    你是否在为那些家伙的高深之处而感慨那。
    anything i can help u ， please email to : getmoon@163.com

后续讨论
ID：rainfall
    今天我仔细看了一下linux2.2.x的net_bh,我认为pt_prev的作用是减少一次skb_clone（当然也少一次kfree_skb）。得出这个结论的理由是：每次在处理skbuff时，相关的处理都会复制一次skbuff的头。如果链表上有n个元素，就要复制n次，然后还有释放n次。最后还要释放结构本身。但是如果只复制n-1次，最后处理的就是数据本身（引用计数为1）。这样会少复制一次。不过getmoon的说法也没错，只是我觉得从复制的角度看，可能更能体现
出高效的主题。毕竟，释放并不花什么时间。
ID：getmoon
    实际上是这样的，2.2的net_bh里面也采用了这个pt_prev。 它的功能还是如我所言。
兄弟看见的是在调用每个pt->func之前clone了一个。 实际上这个clone在2.4里面并没有去掉。 只是把它移动每个具体的pt->funct里面。 你可以看arp_rcv ， ip_rcv等函数都有一个

1. if ((skb = skb_share_check(skb, GFP_ATOMIC)) == NULL)
   
2.     goto out_of_mem;

复制代码

    这个函数实际上也是clone一个。而2.2的每个pt->func如arp_rcv , ip_rcv里面都是没有的。 因为在调用pt->func之前就clone了。所以2.4的做法是实际上把skb_clone往后移动了。 为什么呢。我想这个还是重效率上考虑的。
    我想作者的想法是：如果在pt->func函数里面根本没有必要skb_clone一下， 我为什么
在硬给它clone一个呢。如果呢需要新的skb头，那么呢自己clone去。 因为可能有的人不需要。

huangbanban

哈哈，我的理解是下面两个函数出现的次数要一致，减少逻辑思维量
atomic_inc()
pt_prev->func()
而skb初始化中atomic_set(&skb->users, 1);就相当于调用了一次atomic_inc()
不用再加多余的kfree_skb()，因为pt_prev->func()已经包含了kfree_skb()

logly_zhao

+1回复 3# 卖萌犯法


   

honkiko

回复 1# Godbach

顶。 解答了我很久以来一直存在的一个疑惑
   

卖萌犯法

我认为这个理解是不正确的。

首先我很怀疑linux内核设计者是不是会为了节省一个atomic_dec_and_test，而破坏代码的逻辑结构。

我认为：使用pt_prev是为了提升自定义packet_type的优先级，使之位于某些特殊处理之前执行，而内核默认的packet_type处理将位于这些特殊处理之后。

1.由于dev_add_pack的头插方式，导致循环ptype_all和ptype_base结束之后，pt_prev将指向内核默认的packet_type，例如：对于ptype_all ，默认是AF_PACKET；

2.在最后的pt_prev->fun（也就是内核默认处理）执行之前，可以附加特殊操作，例如：2.4.21中的handle_diverter（netif_receive_skb，net\core\dev.c:1498），和2.6.34中的VLAN处理（netif_receive_skb，net\core\dev.c:2574）；

3.由于添加特殊处理的位置位于for循环之后和最后pt_prev之前，导致内核默认的packet_type将位于这些处理之后执行，而其他模块自定义的packet_type将位于这些处理之前执行（提升了优先级）；

4.所有packet_type处理的都是采取pt_prev的方式，可能就是为了给添加这些特殊处理留下空间。

至于最后一段缺少atomic_inc(&skb->users);的处理片段，只是追求额外福利罢了。

phoxia

回复 1# Godbach


有点不明白：
1）
kfree_skb中如果计数skb->users不为1则不会释放skbuff 。
static inline void kfree_skb(struct sk_buff *skb)

{

if (atomic_read(&skb->users) == 1 || atomic_dec_and_test(&skb->users))

__kfree_skb(skb);

}
当引用数为1或者引用数减1等于零时， 回收包缓冲。

2）    结论：pt_prev使用的原因是为了减少一次kfree_skb的调用，提高效率。

不管有没有pt_prev，最终都会调用__kfree_skb(skb)真正释放内存吧？那么结论中减少一次kfree_skb的调用是不是可以理解为 减少了一次引用计数减1的调用，这个应该不怎么耗时吧？