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linux网络(三).md

File metadata and controls

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网络驱动的编写实际挺简单的，因为要适配各种各样的硬件环境，所以都有相应的开发框架。 既然是网络驱动，就必须要先实现一个设备出来

struct net_device *myeth0_dev;

为这个设备分配内存

myeth0_dev = alloc_netdev(0, "myeth0", NET_NAME_UNKNOWN, ether_setup);

这是4.x内核的写法，可能在低版本下出问题，会提示多传了一个参数，就是NET_NAME_UNKNOWN，去掉就行。

为网络设备设置方法，这点是必不可少的一步，如果少了这个，会直接导致内核因为空指针而崩溃掉。

static struct net_device_ops myeth0_ops =
{
        .ndo_init = myeth0_dev_init,
        .ndo_start_xmit = myeth0_xmit,
        .ndo_open = myeth0_open,
        .ndo_stop = myeth0_stop,
};
myeth0_dev->netdev_ops = &myeth0_ops;

关于几个方法的含义：

  1. ndo_init：设备初始化时候调用
  2. ndo_start_xmit：数据报文发送时调用
  3. ndo_open：启用设备，例如ifconfig up时候会调用
  4. ndo_stop：停止设备时候调用

只是写个框架出来的话，可以先全都设置返回值为0

注册该设备

int err;
err = register_netdev(myeth0_dev);

之后插入内核模块后就可以看到这个网驱了。 demo:

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/socket.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/in.h>


#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>


#include <linux/inet.h>
#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/etherdevice.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/ethtool.h>
#include <net/sock.h>
#include <net/checksum.h>
#include <linux/if_ether.h> /* For the statistics structure. */
#include <linux/if_arp.h> /* For ARPHRD_ETHER */
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <linux/percpu.h>
#include <linux/net_tstamp.h>
#include <net/net_namespace.h>
#include <linux/u64_stats_sync.h>


static struct net_device *myeth0_dev;
static int myeth0_dev_init (struct net_device *dev)
{
 return 0;
}
static int myeth0_xmit (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
 return 0;
}
static int myeth0_open (struct net_device *dev)
{
 return 0;
}
static int myeth0_stop (struct net_device *dev)
{
 return 0;
}
static struct net_device_ops myeth0_ops =
{
 .ndo_init = myeth0_dev_init,
 .ndo_start_xmit = myeth0_xmit,
 .ndo_open = myeth0_open,
 .ndo_stop = myeth0_stop,
};
static int __init myeth0_init(void)
{
 int err;
 myeth0_dev = alloc_netdev(0, "myeth0", NET_NAME_UNKNOWN, ether_setup);
 if (myeth0_dev == NULL)
  return -ENOMEM;
 myeth0_dev->netdev_ops = &myeth0_ops;
 err = register_netdev(myeth0_dev);
 return err;
}
static void __exit myeth0_exit(void)
{
 unregister_netdev(myeth0_dev);
 free_netdev(myeth0_dev);
}
module_init(myeth0_init);
module_exit(myeth0_exit);
MODULE_AUTHOR("lang");
MODULE_LICENSE("GPL v2");

kernel到netdev

一个独立的网卡驱动制作完了，那么kernel是如何调用的呢？回顾到之前看到的，进入到网络设备调用的最后一个函数是dev_queue_xmit。 那自这个函数开始一直到网卡驱动的自定义函数myeth0_xmit的调用流程追踪如下： dev_queue_xmit直接就是return的__dev_queue_xmit，不过其上有一串注释值得注意

 * I notice this method can also return errors from the queue disciplines,
 * including NET_XMIT_DROP, which is a positive value. So, errors can also
 * be positive. //这一点主要涉及到函数返回值，简单来说就是skb有可能会因为网络拥塞而被drop，而此刻的返回值是NET_XMIT_DROP这是一个0x01是个正数，因此上层调用需要注意一下函数返回值的判断和处理
 *
 * Regardless of the return value, the skb is consumed, so it is currently
 * difficult to retry a send to this method. (You can bump the ref count
 * before sending to hold a reference for retry if you are careful.)
 *//其实不管返回值，传入的skb都会被消费掉，上层不应当再尝试重发，开发人员的推荐是加入计数引用用来作为参考
 * When calling this method, interrupts MUST be enabled. This is because
 * the BH enable code must have IRQs enabled so that it will not deadlock. //调用此函数的话中断必须打开，这主要还是为了避免死锁问题
 * --BLG

这个函数的处理逻辑主要分为两部分，一个是出现拥塞情况，一个是普通状况，主要的判断依据如下：

txq = netdev_pick_tx(dev, skb, accel_priv); //选择设备的发送队列
q = rcu_dereference_bh(txq->qdisc);
 trace_net_dev_queue(skb);
 if (q->enqueue) {
  rc = __dev_xmit_skb(skb, q, dev, txq);
  goto out;
 }

txq->qdisc是一个调度器，也可以称为排队规则(linux默认的规则是FIFO)，决定了数据包进入队列的顺序，倘若此时有enqueue规则话，就会直接进入到拥塞的flow中，调用__dev_xmit_skb，如果没有的话则说明无法进行拥塞控制，则在判断设备时候在UP状态且txq处于On状态后通过dev_hard_start_xmit函数发送数据。

拥塞控制

其实不管有没有拥塞，最后的数据包都是通过调用dev_hard_start_xmit发送出去的

首先关于拥塞控制实际上应该是每一个真实设备应该具有的，但是技术上总有例外，就像代码中的注释所说的：

The device has no queue. Common case for software devices:
loopback, all the sorts of tunnels...

简单来说就是loopback等虚拟设备都没有qdisc，并非绝对没有，而是存在并不合理，但是即时是存在qdisc就会走enqueue的处理吗？其实不是的，进到__dev_xmit_skb这个拥塞控制函数中，会先判断一下qdisc的state，如果是__QDISC_STATE_DEACTIVATED表示当前设备已经被close了，那将会直接返回一个NET_XMIT_DROP表示丢弃了这个包，但如果当前满足如下三种情况：

  1. q->flags是TCQ_F_CAN_BYPASS，这个默认条件是可以的
  2. qlen即队列长度为0，那么当前的skb理应是第一个skb
  3. qdisc本来是非running的状态，现在成功置位Running

如果条件全满足的话就通过sch_direct_xmit直接发送这个skb，接着如果队列中中还有skb的话通过dequeue发送，没有的话则直接结束，但总之都是调用的dev_hard_start_xmit。这种情况实际上来说就是网络畅通，所以不会造成队列拥堵的情况，直接就传给dev了。 如果网络拥堵的话，一般来说就是qlen!=0，无论如何需要把state设置成Running，然后进行enqueue操作。 dev_hard_start_xmit这个函数就是一个循环发送skb的过程，通过调用xmit_one来不断发送skb，直到遍历完这个链表。跟入到xmit_one嵌套了好几层函数，大概的调用流程如下：

这儿插一句，抓包工具的核心逻辑就是在这个函数中进行操作的

xmit_one -> netdev_start_xmit -> __netdev_start_xmit -> ops->ndo_start_xmit 最后的这个操作函数就是网卡中定义好的函数，负责如何发送数据。

参考资料