在BSD中用mbuf结构体来管理网络上来的各种数据包,同样lwip中也有一个类似的结构体pbuf用来管理数据包。Pbuf结构体定义如下:
struct pbuf {
struct pbuf *next;
void *payload;
u16_t tot_len;
u16_t len;
u8_t /*pbuf_type*/ type;
u8_t flags;
u16_t ref;
} ;
next: 指向下一个pbuf,在数据很大时,需要多个pbuf结构体管理,这里就是通过next指针将这些next链接起来。
payload:指向实际载荷数据的起始地址。
tot_len: 是当前pbuf数据加上next之后所有pbuf数据之和。Pbuf链表的第一个pbuf的tot_len就是所有pbuf数据的长度,最后一个pbuf的tot_len等于len。
len: 是当前pbuf的数据长度。
type: 此字段表示pbuf的类型,有四种类型:PBUF_RAM、PBUF_ROM、PBUF_REF和PBUF_POOL。
ref:此字段初始化为1,当其他pbuf->next指向自己时ref加1,在释放的时候,ref大于1的不能删除。
(我感觉红色字体是有问题的,pbuf申请时候不就是一个链式结构么,next->next...难道第一个是1,后面的
就是2,3,4等等累加?当然不是了,如果这样的话,你想想怎么去free,所以一次申请的一个pbuf链,里面
的ref字段当然都是1了。当我们想把两个pbuf拼接的时候,看你想怎么操作,可以直接拼接,也可以先用
pbuf_ref把后面的ref+1,然后再拼接,但是释放的时候,就要释放两次)
pbuf类型
PBUF_RAM
此种类型的pbuf的分配代码片段如下:
case PBUF_RAM:
p = (struct pbuf*)mem_malloc(LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(SIZEOF_STRUCT_PBUF + offset) + LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(length));
/* Set up internal structure of the pbuf. */
p->payload = LWIP_MEM_ALIGN((void *)((u8_t *)p + SIZEOF_STRUCT_PBUF + offset));
p->len = p->tot_len = length;
p->next = NULL;
p->type = type;
break;
PBUF_RAM类型的pbuf是调用mem_malloc函数从内存堆分配得到的,分配的大小由三部分组成:数据存储空间length、pbuf管理结构体空间SIZEOF_STRUCT_PBUF和存储协议栈头的offset。
分配内存成功之后,就是对pbuf管理结构体的初始化。Pbuf管理结构体位于分配的堆内存的开始,接着的存储协议头的offset空间,最后才是存储数据的空间。
此种类型的pbuf内存布局如下:
PBUF_ROM
PBUF_REF
上述两种类型的pbuf相似,在pbuf_alloc函数中申请内存时共用代码:
/* pbuf references existing (non-volatile static constant) ROM payload? */
case PBUF_ROM:
/* pbuf references existing (externally allocated) RAM payload? */
case PBUF_REF:
/* only allocate memory for the pbuf structure */
p = (struct pbuf *)memp_malloc(MEMP_PBUF);
/* caller must set this field properly, afterwards */
p->payload = NULL;
p->len = p->tot_len = length;
p->next = NULL;
p->type = type;
break;
代码调用memp_malloc从内存池分配MEMP_PBUF类型的内存池,仅仅分配pbuf结构体大内存,指向存储数据空间的payload指针置位NULL,此值由调用者设置为另外的一片内存空间。
PBUF_POOL
PBUF_POOL类型的pbuf是调用memp_malloc函数从内存池中分配内存的。
case PBUF_POOL:
p = (struct pbuf *)memp_malloc(MEMP_PBUF_POOL);
p->type = type;
p->next = NULL;
p->payload = LWIP_MEM_ALIGN((void *)((u8_t *)p + (SIZEOF_STRUCT_PBUF + offset)));
p->tot_len = length;
p->len=LWIP_MIN(length,PBUF_POOL_BUFSIZE_ALIGNED-LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(offset));
从上面代码片段可以看出PBUF_POOL类型的pbuf和PBUF_RAM类型布局相似,但有一点不同的是:PBUF_POOL类型pbuf是从MEMP_PBUF_POOL内存的内存池中分配内存的,每种类型的内存池大小时固定的,如果存储数据和协议头所需要的空间大于此种类型内存池大小,则需要分配多个此种类型的内存池,并将这些内存池通过pbuf->next指针连接起来。而PBUF_RAM类型的pbuf是从内存堆中分配内存,之用申请的内存空间有剩余的连续空闲空间满足要求,则一次分配成功。
r = p;
rem_len = length - p->len ;
while (rem_len > 0) {
q = (struct pbuf *)memp_malloc(MEMP_PBUF_POOL);
q->type = type;
q->flags = 0;
q->next = NULL;
r->next = q;
q->tot_len = (u16_t)rem_len;
q->len = LWIP_MIN((u16_t)rem_len, PBUF_POOL_BUFSIZE_ALIGNED);
q->payload = (void *)((u8_t *)q + SIZEOF_STRUCT_PBUF);
q->ref = 1;
rem_len -= q->len ;
r = q;
}
上面代码首先计算需要的内存空间length和第一个pbuf指针p指向的可以空间len之差rem_len。如果rem_len大于0,说明还需要分配此种类型的内存池,于是进入while循环之中。在while循环中会分配更多的PBUF_POOL类型的pbuf直到能够存储下length大小的数据,并将这些pbuf连接起来。
需要注意的一点是除了第一个pbuf在pbuf后面需要留offset大小空间存储协议头之外,其它的pbuf中是不需要的。
PBUF_POOL类型的内存池MEMP_PBUF_POOL定义如下:
LWIP_PBUF_MEMPOOL(PBUF_POOL, PBUF_POOL_SIZE,
PBUF_POOL_BUFSIZE, "PBUF_POOL")
其大小为PBUF_POOL_BUFSIZE宏:
LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(TCP_MSS+40+PBUF_LINK_HLEN)
包括TCP报文段最大长度MSS,40字节的tcp+IP头长度和链接层长度PBUF_LINK_HLEN
最终的PBUF_POOL类型的pbuf内存布局如下:
Pbuf释放
前面分析pbuf类型的时候讲了分配内存函数pbuf_alloc对于四种类型的pbuf各自的代码,对于PBUF_RAM类型的pbuf是从调用mem_malloc内存堆中内存,其它三种是调用函数memp_malloc从内存池中分配内存。相对应的,PBUF_RAM类型pbuf的释放就需要调用mem_free函数将内存释放回内存堆,其它三种就是memp_free函数将内存释放回相应类型的内存池了。
下面分析pbuf_free函数代码片段:
while (p != NULL) {
ref = --(p->ref );
if (ref == 0) {
q = p->next ;
type = p->type ;
if (type == PBUF_POOL) {
memp_free(MEMP_PBUF_POOL, p);
} else if (type == PBUF_ROM || type == PBUF_REF) {
memp_free(MEMP_PBUF, p);
} else {
mem_free(p);
}
p = q;
} else {
p = NULL;
}
}
pbuf的ref成员初始化时设置为1,每当有其它pbuf的next指针指向自己时ref值加1。只有当ref值为1时,表示没有其它pbuf指向自己时,才可以释放此pbuf。这里首先将pbuf的ref值减1,并赋值给变量ref。如果ref值为0说明此pbuf没有被其它的pbuf引用,这也是此pbuf能够释放的前提。如果ref值不为0,说明此pbuf不能释放,设置p为NULL,则直接退出此while循环。
对于ref等于0的情况,首先获取p->next指向的pbuf并赋值给指针q,然后根据此pbuf的type分别调用不同的释放函数。
◆PBUF_POOL类型
调用memp_free函数将p的内存空间返回给MEMP_PBUF_POOL类型的内存池。
◆PBUF_ROM和PBUF_REF类型
调用memp_free函数将p的内存空间返回给MEMP_PBUF类型的内存池
◆PBUF_RAM类型
调用mem_free将p的内存空间返回给内存堆。