數據包申請函數pbuf\_alloc()在系統中的許多地方都會用到，例如在網卡接收數據時，需要申請一個數據包，然后將網卡中的數據填入數據包中；在發送數據的時候，協議棧會申請一個pbuf數據包，并將即將發送的數據裝入到pbuf中的數據區域，同時相關的協議首部信息也會被填入到pbuf中的layer區域內，所以pbuf數據包的申請函數幾乎無處不在，存在協議棧于各層之中，當然，在不同層的協議中，layer字段的大小是不一樣的，因為不一樣的協議其首部大小是不同的，這個知識點會在后文講解各協議的時候講解，此處只需了解一下即可。協議棧中各層首部的大小都會被預留出來，LwIP采用枚舉類型的變量將各個層的首部大小記錄下來，在申請的時候就把layer需要空間的大小根據協議進行分配，具體見代碼清單 6?5。 ``` 1 #define PBUF_TRANSPORT_HLEN 20 2 #define PBUF_IP_HLEN 20 3 4 typedef enum 5 { 6 PBUF_TRANSPORT = PBUF_LINK_ENCAPSULATION_HLEN + 7 PBUF_LINK_HLEN + PBUF_IP_HLEN + PBUF_TRANSPORT_HLEN,(1) 8 9 PBUF_IP = PBUF_LINK_ENCAPSULATION_HLEN + 10 PBUF_LINK_HLEN + PBUF_IP_HLEN, (2) 11 12 PBUF_LINK = PBUF_LINK_ENCAPSULATION_HLEN + PBUF_LINK_HLEN, (3) 13 14 PBUF_RAW_TX = PBUF_LINK_ENCAPSULATION_HLEN, (4) 15 16 PBUF_RAW = 0 (5) 17 } pbuf_layer; ``` (1)：傳輸層協議首部內存空間，如UDP、TCP報文協議首部。 (2)：網絡層協議首部內存空間，如IP協議。 (3)：鏈路層協議首部內存空間，如以太網。 (4)(5)： 原始層，不預留空間， PBUF_LINK_ENCAPSULATION_HLEN宏定義默認為0。 數據包申請函數有兩個重要的參數：數據包pbuf的類型和數據包在哪一層被申請。數據包類型就是我們之前講的那四種，數據包在哪一層申請這個參數主要是為了預留各層協議的內存大小，也就是前面所說的layer值，當數據包申請時，所處的層次不同，就會導致預留空間的的layer值不同。 pbuf分配函數pbuf_alloc()的實現具體見： ``` 1 struct pbuf * 2 pbuf_alloc(pbuf_layer layer, u16_t length, pbuf_type type) 3 { 4 struct pbuf *p; 5 u16_t offset = (u16_t)layer; 6 7 switch (type) 8 { 9 case PBUF_REF: /* fall through */ 10 case PBUF_ROM: 11 p = pbuf_alloc_reference(NULL, length, type); (1) 12 break; 13 case PBUF_POOL: (2) 14 { 15 struct pbuf *q, *last; 16 u16_t rem_len; /* remaining length */ 17 p = NULL; 18 last = NULL; 19 rem_len = length; 20 do 21 { 22 u16_t qlen; 23 q = (struct pbuf *)memp_malloc(MEMP_PBUF_POOL); (3) 24 if (q == NULL) (4) 25 { 26 PBUF_POOL_IS_EMPTY(); 27 /* free chain so far allocated */ 28 if (p) 29 { 30 pbuf_free(p); (5) 31 } 32 /* bail out unsuccessfully */ 33 return NULL; 34 } 35 qlen = LWIP_MIN(rem_len,(u16_t)(PBUF_POOL_BUFSIZE_ALIGNED - 36 LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(offset))); (6) 37 pbuf_init_alloced_pbuf(q, LWIP_MEM_ALIGN((void *) 38 ((u8_t *)q + SIZEOF_STRUCT_PBUF + offset)), 39 rem_len, qlen, type, 0); (7) 40 41 if (p == NULL) 42 { 43 /* allocated head of pbuf chain (into p) */ 44 p = q; 45 } 46 else 47 { 48 /* make previous pbuf point to this pbuf */ 49 last->next = q; (8) 50 } 51 last = q; 52 rem_len = (u16_t)(rem_len - qlen); (9) 53 offset = 0; 54 } 55 while (rem_len > 0); (10) 56 break; 57 } 58 case PBUF_RAM: (11) 59 { 60 u16_t payload_len = (u16_t)(LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(offset) + 61 LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(length)); 62 mem_size_t alloc_len = (mem_size_t) 63 (LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(SIZEOF_STRUCT_PBUF) + payload_len); (12) 64 65 66 if ((payload_len < LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(length)) || 67 (alloc_len < LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(length))) 68 { 69 return NULL; 70 } 71 72 /* If pbuf is to be allocated in RAM, allocate memory for it. */ 73 p = (struct pbuf *)mem_malloc(alloc_len); (13) 74 if (p == NULL) 75 { 76 return NULL; 77 } 78 pbuf_init_alloced_pbuf(p, LWIP_MEM_ALIGN((void *) 79 ((u8_t *)p + SIZEOF_STRUCT_PBUF + offset)), 80 length, length, type, 0); (14) 81 82 break; 83 } 84 default: 85 return NULL; (15) 86 } 87 return p; 88 } ``` (1)：根據具體的pbuf類型進行分配，對于PBUF_ROM與PBUF_REF類型的pbuf，只分配pbuf結構體空間大小。 (2)：對于PBUF_POOL這種類型的pbuf，可能需要進行分配幾個內存塊才能描述一個數據包。 (3)：調用memp_malloc(MEMP_PBUF_POOL)分配內存塊嗎，內存塊類型為MEMP_PBUF_POOL。 (4)：分配失敗，可能內存塊已經用完。 (5)：如果前面分配內存塊成功，但是這次分配失敗，無法描述一個完整的數據包，則將之前分配的內存塊都釋放掉。 (6)：分配成功，得到實際數據區域長度。 (7)：初始化pbuf結構體的成員變量。 (8)：將這些pbuf連接成pbuf鏈表。 (9)：計算存下所有數據需要的長度。 (10)：繼續分配內存塊，直到將所有的數據裝下為止 (11)：對于PBUF_RAM這種類型的pbuf，內核將從內存堆中申請pbuf。 (12)：計算要申請的內存大小。 (13)：調用mem_malloc()函數申請內存。 (14)：初始化pbuf結構體的成員變量。 (15)：類型超出預期，直接返回。 pbuf_alloc()函數的思路很清晰，根據傳入的pbuf類型及協議層次layer，去申請對應的pbuf，就能預留出對應的協議首部空間，對于PBUF_ROM與PBUF_REF類型的pbuf，內核不會申請數據區域，因此，pbuf結構體中payload指針就需要用戶自己去設置，我們通常在申請PBUF_ROM與PBUF_REF類型的pbuf成功后，緊接著就將payload指針指向某個數據區域。 舉個例子，假設TCP協議需要申請一個pbuf數據包，那么就會調用下面代碼進行申請： ``` p = pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT, 1472, PBUF_RAM); ``` 內核就會根據這句代碼進行分配一個PBUF_RAM類型的pbuf，其數據區域大小是1472字節，并且會根據協議層次進行預留協議首部空間，由于是傳輸層，所以內核需要預留54個字節空間，即以太網幀首部長度PBUF_LINK_HLEN（14字節）、IP數據報首部長度PBUF_IP_HLEN（20字節）、TCP首部長度PBUF_TRANSPORT_HLEN（20字節）。當數據報往下層遞交的時候，其他層直接填充對應的協議首部即可，無需對數據進行拷貝等操作，這也是LwIP能快速處理的優勢。