数据帧收发主要函数及netdevice 结构.docx
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数据帧收发主要函数及netdevice结构
LinuxTCP/IP协议栈学习2——数据帧收发主要函数及netdevice结构
/**
*netif_rx-postbuffertothenetworkcode
*@skb:
buffertopost
*
*thisfunctionreceivesapacketfromadevicedriverandqueuesitfor
*theupper（protocol）levelstoprocess.italwayssucceeds.thebuffer
*maybedroppedduringprocessingforcongestioncontrolorbythe
*protocollayers.
*
*returnvalues:
*net_rx_success（nocongestion）
*net_rx_drop（packetwasdropped）
*
*/
intnetif_rx（structsk_buff*skb）
{
structsoftnet_data*queue;
unsignedlongflags;
/*ifnetpollwantsit,pretendweneversawit*/
if（netpoll_rx（skb））
returnnet_rx_drop;
if（!
skb->tstamp.tv64）//得到帧接收的时间
net_timestamp（skb）;
/*
*thecodeisrearrangedsothatthepathisthemost
*shortwhencpuiscongested,butisstilloperating.
*/
local_irq_save（flags）;
queue=&__get_cpu_var（softnet_data）;//获取当前cpu的softnet_data数据
__get_cpu_var（netdev_rx_stat）.total++;//当前cpu接收的帧数+1
if（queue->input_pkt_queue.qlen<=netdev_max_backlog）{
//监测设备是否还有空间来存储帧，如果空间已满，表示网络阻塞严重，则返回一个错误，此后cpu将丢掉再来的帧。
if（queue->input_pkt_queue.qlen）{
enqueue:
//将该帧加入到softnet_data队列
__skb_queue_tail（&queue->input_pkt_queue,skb）;
local_irq_restore（flags）;
returnnet_rx_success;
}
//当队列是空的时候，表明这个队列并没有被软中断所schedule，因此我们需要将此队列加入到软中断的处理链表中。
可以看到加入的正好是backlog，由于调用netif_rx的是非napi的驱动，因此backlog就是初始化时的process_backlog函数。
napi_schedule（&queue->backlog）;
gotoenqueue;
}
__get_cpu_var（netdev_rx_stat）.dropped++;
local_irq_restore（flags）;
kfree_skb（skb）;
returnnet_rx_drop;
}
//上面代码中用到一个关键的数据结构softnet_data，在网卡收发数据的时候，需要维护一个缓冲区队列，来缓存可能存在的突发数据，在协议栈中用一个队列层来表示该缓冲区，队列层位于数据链路层和网络层之间。
softnet_data就是数据链路层中的数据结构，它是一个per-cpu变量，每个cpu都有一个
/**
*netif_receive_skb-processreceivebufferfromnetwork
*@skb:
buffertoprocess
*
*netif_receive_skb（）isthemainreceivedataprocessingfunction.
*italwayssucceeds.thebuffermaybedroppedduringprocessing
*forcongestioncontrolorbytheprotocollayers.
*
*thisfunctionmayonlybecalledfromsoftirqcontextandinterrupts
*shouldbeenabled.
*
*returnvalues（usuallyignored）:
*net_rx_success:
nocongestion
*net_rx_drop:
packetwasdropped
*/
//netif_receive_skb是对于netif_rx的napi对等函数;它递交一个报文给内核.当一个napi兼容的驱动已耗尽接收报
文的供应,它应当重开中断,并且调用netif_rx_complete（现在是__napi_complete（））来停止轮询.
intnetif_receive_skb（structsk_buff*skb）
{
structpacket_type*ptype,*pt_prev;
structnet_device*orig_dev;
structnet_device*master;
structnet_device*null_or_orig;
structnet_device*null_or_bond;
intret=net_rx_drop;
__be16type;
if（!
skb->tstamp.tv64）
net_timestamp（skb）;
if（vlan_tx_tag_present（skb）&&vlan_hwaccel_do_receive（skb））
returnnet_rx_success;
/*ifwe'vegottenherethroughnapi,checknetpoll*/
if（netpoll_receive_skb（skb））
returnnet_rx_drop;
if（!
skb->skb_iif）
skb->skb_iif=skb->dev->ifindex;//记录帧的入口
null_or_orig=null;
orig_dev=skb->dev;
master=access_once（orig_dev->master）;
if（master）{
if（skb_bond_should_drop（skb,master））
null_or_orig=orig_dev;/*deliveronlyexactmatch*/
else
skb->dev=master;
}
__get_cpu_var（netdev_rx_stat）.total++;
skb_reset_network_header（skb）;
skb_reset_transport_header（skb）;
skb->mac_len=skb->network_header-skb->mac_header;
pt_prev=null;
rcu_read_lock（）;
#ifdefconfig_net_cls_act
if（skb->tc_verd&tc_ncls）{
skb->tc_verd=clr_tc_ncls（skb->tc_verd）;
gotoncls;
}
#endif
//处理ptype_all上所有的packet_type->func（）,这里先提一下linux是根据packet_type通过dev_add_pack（）函数来注册相应的处理函数，后面会讲如何注册，每种包对应哪个处理函数
//staticstructlist_headptype_all__read_mostly;
list_for_each_entry_rcu（ptype,&ptype_all,list）{
if（ptype->dev==null_or_orig||ptype->dev==skb->dev||
ptype->dev==orig_dev）{
if（pt_prev）
ret=deliver_skb（skb,pt_prev,orig_dev）;//调用相应的包处理函数
pt_prev=ptype;
}
}
#ifdefconfig_net_cls_act
skb=handle_ing（skb,&pt_prev,&ret,orig_dev）;
if（!
skb）
gotoout;
ncls:
#endif
//若编译内核时选上bridge，下面会执行网桥模块
skb=handle_bridge（skb,&pt_prev,&ret,orig_dev）;
if（!
skb）
gotoout;
//编译内核时选上mac_vlan模块，下面才会执行
skb=handle_macvlan（skb,&pt_prev,&ret,orig_dev）;
if（!
skb）
gotoout;
/*
*makesureframesreceivedonvlaninterfacesstackedon
*bondinginterfacesstillmaketheirwaytoanybasebonding
*devicethatmayhaveregisteredforaspecificptype.the
*handlermayhavetoadjustskb->devandorig_dev.
*/
null_or_bond=null;
if（（skb->dev->priv_flags&iff_802_1q_vlan）&&
（vlan_dev_real_dev（skb->dev）->priv_flags&iff_bonding））{
null_or_bond=vlan_dev_real_dev（skb->dev）;
}
//最后type=skb->protocol;&ptype_base[ntohs（type）&15]处理ptype_base[ntohs（type）&15]上的所有的packet_type->func（）,根据第二层不同协议来进入不同的钩子函数，重要的有：
ip_rcv（）,arp_rcv（）
type=skb->protocol;
list_for_each_entry_rcu（ptype,
&ptype_base[ntohs（type）&ptype_hash_mask],list）{
if（ptype->type==type&&（ptype->dev==null_or_orig||
ptype->dev==skb->dev||ptype->dev==orig_dev||
ptype->dev==null_or_bond））{
if（pt_prev）
ret=deliver_skb（skb,pt_prev,orig_dev）;
pt_prev=ptype;
}
}
if（pt_prev）{
ret=pt_prev->func（skb,skb->dev,pt_prev,orig_dev）;
}else{
kfree_skb（skb）;
/*jamal,nowyouwillnotabletoescapeexplaining
*mehowyouweregoingtousethis.:
-）
*/
ret=net_rx_drop;
}
out:
rcu_read_unlock（）;
returnret;
}
/**
*dev_queue_xmit-transmitabuffer
*@skb:
buffertotransmit
*
*queueabufferfortransmissiontoanetworkdevice.thecallermust
*havesetthedeviceandpriorityandbuiltthebufferbeforecalling
*thisfunction.thefunctioncanbecalledfromaninterrupt.
*
*anegativeerrnocodeisreturnedonafailure.asuccessdoesnot
*guaranteetheframewillbetransmittedasitmaybedroppeddue
*tocongestionortrafficshaping.
*
*-----------------------------------------------------------------------------------
*inoticethismethodcanalsoreturnerrorsfromthequeuedisciplines,
*includingnet_xmit_drop,whichisapositivevalue.so,errorscanalso
*bepositive.
*
*regardlessofthereturnvalue,theskbisconsumed,soitiscurrently
*difficulttoretryasendtothismethod.（youcanbumptherefcount
*beforesendingtoholdareferenceforretryifyouarecareful.）
*
*whencallingthismethod,interruptsmustbeenabled.thisisbecause
*thebhenablecodemusthaveirqsenabledsothatitwillnotdeadlock.
*--blg
*/
intdev_queue_xmit（structsk_buff*skb）
{
structnet_device*dev=skb->dev;
structnetdev_queue*txq;
structqdisc*q;
intrc=-enomem;
/*gsowillhandlethefollowingemulationsdirectly.*/
if（netif_needs_gso（dev,skb））//如果是gso数据包，且设备支持gso数据包的处理
gotogso;
/*convertapagedskbtolinear,ifrequired*/
if（skb_needs_linearize（skb,dev）&&__skb_linearize（skb））
gotoout_kfree_skb;
/*ifpacketisnotchecksummedanddevicedoesnotsupport
*checksummingforthisprotocol,completechecksumminghere.
*/
if（skb->ip_summed==checksum_partial）{
skb_set_transport_header（skb,skb->csum_start-
skb_headroom（skb））;
if（!
dev_can_checksum（dev,skb）&&skb_checksum_help（skb））
gotoout_kfree_skb;
}
gso:
/*disablesoftirqsforvariouslocksbelow.also
*stopspreemptionforrcu.
*/
rcu_read_lock_bh（）;
txq=dev_pick_tx（dev,skb）;
q=rcu_dereference_bh（txq->qdisc）;
#ifdefconfig_net_cls_act
skb->tc_verd=set_tc_at（skb->tc_verd,at_egress）;
#endif
if（q->enqueue）{
rc=__dev_xmit_skb（skb,q,dev,txq）;
gotoout;
}
/*thedevicehasnoqueue.commoncaseforsoftwaredevices:
loopback,allthesortsoftunnels...
really,itisunlikelythatnetif_tx_lockprotectionisnecessary
here.（f.e.loopbackandiptunnelsarecleanignoringstatistics
counters.）
however,itispossible,thattheyrelyonprotection
madebyushere.
checkthisandshotthelock.itisnotpronefromdeadlocks.
eithershotnoqueueqdisc,itisevensimpler8）
*/
if（dev->flags&iff_up）{
intcpu=smp_processor_id（）;/*okbecausebhsareoff*/
if（txq->xmit_lock_owner!
=cpu）{
hard_tx_lock（dev,txq,cpu）;
if（!
netif_tx_queue_stopped（txq））{
rc=dev_hard_start_xmit（skb,dev,txq）;
if（dev_xmit_complete（rc））{
hard_tx_unlock（dev,txq）;
gotoout;
}
}
hard_tx_unlock（dev,txq）;
if（net_ratelimit（））
printk（kern_crit"virtualdevice%sasksto"
"queuepacket!
\n",dev->name）;
}else{
/*recursionisdetected!
itispossible,
*unfortunately*/
if（net_ratelimit（））
printk（kern_crit"deadlooponvirtualdevice"
"%s,fixiturgently!
\n",dev->name）;
}
}
rc=-enetdown;
rcu_read_unlock_bh（）;
out_kfree_skb:
kfree_skb（skb）;
returnrc;
out:
rcu_read_unlock_bh（）;
returnrc;
}
数据链路层不得不谈到structnet_device相关结构，在2.6.29之后net_device结构进行了调整，操作函数被重构到了net_device_ops中。
下面简要分析一下：
structnet_device
{
/*
thisfirstfield,name,isthebeginningofthevisiblepartofthisstructure.itcontainsthestring
thatisthenameoftheinterface.byvisible,wemeanthatthispartofthedatastructureisgeneric
anddoesn’tcontainanyprivateareasspecifictoaparticulartypeofdevice.
*/
charname[ifnamsiz];
/*devicenamehashchain*/
structhlist_nodename_hlist;
/*snmpalias*/
char*ifalias;
/*
*i/ospecificfields
*fixme:
mergetheseandstructifmapintoone
*/
unsignedlongmem_end;/*sharedmemend*/
unsignedlongmem_start;/*sharedmemstart*/
unsignedlongbase_addr;/*devicei/oaddress*/
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