mbuf

由于网络协议栈是分层的，因此对数据缓冲区提出了以下要求：

能够方便地在头部和尾部添加数据。（下层封装上层数据）
能够方便地从缓存中移出数据。（数据传递给上层时需要移除头部）
尽量减少拷贝。

BSD 给出的答案是 mbuf（memory buffer）。

mbuf 种类

mbuf 的定义如下：

sys/mbuf.h

struct m_hdr {
    struct mbuf *mh_next;
    struct mbuf *mh_nextpkt;
    caddr_t mh_data;
    int mh_len;
    short mh_type; (1)
    short mh_flags; (2)
};

struct mbuf { (3)
    struct m_hdr m_hdr;
    union {
    } M_dat;
};

#define m_flags m_hdr.mh_flags

mbuf 中储存的数据类型：

类型	说明
MT_FREE	should be on free list
MT_DATA	dynamic (data) allocation
MT_HEADER	packet header
MT_SOCKET	socket structure
MT_PCB	protocol control block
MT_RTABLE	routing tables
MT_HTABLE	IMP host tables
MT_ATABLE	address resolution tables
MT_SONAME	socket name
MT_SOOPTS	socket options
MT_FTABLE	fragment reassembly header
MT_RIGHTS	access rights
MT_IFADDR	interface address
MT_CONTROL	extra-data protocol message
MT_OOBDATA	expedited data

类型

说明

MT_FREE

should be on free list

MT_DATA

dynamic (data) allocation

MT_HEADER

packet header

MT_SOCKET

socket structure

MT_PCB

protocol control block

MT_RTABLE

routing tables

MT_HTABLE

IMP host tables

MT_ATABLE

address resolution tables

MT_SONAME

socket name

MT_SOOPTS

socket options

MT_FTABLE

fragment reassembly header

MT_RIGHTS

access rights

MT_IFADDR

interface address

MT_CONTROL

extra-data protocol message

MT_OOBDATA

expedited data

mbuf 的类型
mbuf 的大小为 128B。

根据 m_flags 的值，mbuf 一共分为四种类型：

m_flags 作用

m_flags	作用
0	mbuf 只包含数据 `struct mbuf { struct m_hdr m_hdr; // 20B union { char M_databuf[MLEN]; (1) } M_dat; }; #define m_dat M_dat.M_databuf (2)` MLEN 为 108。这种类型的 mbuf 能够储存 108 字节的用户数据。用于简化 taggled union 字段的访问。
M_PKTHDR	分组首部 `struct mbuf { struct m_hdr m_hdr; union { struct { struct pkthdr MH_pkthdr; // 8B union { char MH_databuf[MHLEN]; (1) } MH_dat; } MH; } M_dat; }; #define m_pktdat M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf` MHLEN 为 100。mbuf 能够储存 100 字节的用户数据。
M_EXT	数据簇 `struct m_ext { caddr_t ext_buf; void (*ext_free)(); u_int ext_size; }; struct mbuf { struct m_hdr m_hdr; union { struct { struct pkthdr MH_pkthdr; // 8B union { struct m_ext MH_ext; (1) } MH_dat; } MH; } M_dat; };` 2048B 的外部数据缓存。
M_PKTHDR \| M_EXT	包含了分组首部的数据簇

mbuf 只包含数据

struct mbuf {
    struct m_hdr m_hdr; // 20B
    union {
        char M_databuf[MLEN]; (1)
    } M_dat;
};
#define m_dat M_dat.M_databuf (2)

MLEN 为 108。这种类型的 mbuf 能够储存 108 字节的用户数据。
用于简化 taggled union 字段的访问。

M_PKTHDR

分组首部

struct mbuf {
    struct m_hdr m_hdr;
    union {
        struct {
            struct pkthdr MH_pkthdr; // 8B
            union {
                char MH_databuf[MHLEN]; (1)
            } MH_dat;
        } MH;
    } M_dat;
};

#define m_pktdat M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf

MHLEN 为 100。mbuf 能够储存 100 字节的用户数据。

M_EXT

数据簇

struct m_ext {
    caddr_t ext_buf;
    void (*ext_free)();
    u_int ext_size;
};

struct mbuf {
    struct m_hdr m_hdr;
    union {
        struct {
            struct pkthdr MH_pkthdr; // 8B
            union {
                struct m_ext MH_ext; (1)
            } MH_dat;
        } MH;
    } M_dat;
};

2048B 的外部数据缓存。

M_PKTHDR | M_EXT

包含了分组首部的数据簇

mbuf 的基本结构

mbuf 本是是一个单向链表。其结构为：

mbuf 的分配和释放

mbuf 的分配和释放函数如下：

函数作用

函数	作用
`void MGET(struct mbuf **m, int how, int type); (1)`	分配一个 mbuf。
`void MFREE(struct mbuf m, struct mbuf n);`	释放 mbuf

void MGET(struct mbuf **m, int how, int type); (1)

分配一个 mbuf。

void MFREE(struct mbuf *m, struct mbuf *n);

释放 mbuf

由于 MGET 实际上是一个宏，所以第一个参数类型实际上为 mbuf *m。

需要注意的时，这两个函数实际上都是宏，但是被改写成了函数形式。MGET 的准确定义为：

#define MGET(m, how, type)                                       \
    {                                                            \
        MALLOC((m), struct mbuf *, MSIZE, mbtypes[type], (how)); \
        if (m) {                                                 \
            (m)->m_type = (type);                                \
            MBUFLOCK(mbstat.m_mtypes[type]++;)                   \
            (m)->m_next = (struct mbuf *)NULL;                   \
            (m)->m_nextpkt = (struct mbuf *)NULL;                \
            (m)->m_data = (m)->m_dat;                            \
            (m)->m_flags = 0;                                    \
        } else                                                   \
            (m) = m_retry((how), (type));                        \
    }