NIC注冊和注銷的通用架構(gòu)

Linux系統(tǒng)中NIC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序利用網(wǎng)絡(luò)代碼進行注冊和注銷有其通用的架構(gòu)，這里以PCI Ethernet NIC為例，其他設(shè)備類型只是所以函數(shù)名稱和調(diào)用方式不同，主要依據(jù)于設(shè)備總線提供的接口。

其中(a)為設(shè)備注冊的大致流程圖，而(b)為設(shè)備注銷的流程圖。

在PCI Ethernet NIC設(shè)備驅(qū)動程序的探測函數(shù)(熱插拔設(shè)備)或模塊初始化函數(shù)中，首先要為設(shè)備分配一個net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對其中的成員進行必要的初始化，對其中與設(shè)備類型密切相關(guān)的特殊成員利用驅(qū)動程序自己實現(xiàn)的setup函數(shù)進行初始化；Ethernet NIC設(shè)備驅(qū)動程序還需要調(diào)用netdev_boot_setup_check檢查是否在系統(tǒng)啟動參數(shù)中對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行了設(shè)置；然后調(diào)用register_netdev完成設(shè)備的注冊。

在分配net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，驅(qū)動程序一般不直接調(diào)用alloc_netdev函數(shù)，而是調(diào)用為其類型封裝后的函數(shù)，如Ethernet NIC設(shè)備直接調(diào)用alloc_etherdev函數(shù)，使用更加方便簡單。

而Ethernet NIC設(shè)備的注銷則是相反的過程，首先調(diào)用unregister_netdev在系統(tǒng)中注銷設(shè)備，然后將分配的net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)釋放。

在釋放net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，設(shè)備也可能不直接調(diào)用free_netdev函數(shù)中，而是調(diào)用net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的成員函數(shù)：

/* Called from unregister, can be used to call free_netdev */

void (*destructor)(struct net_device *dev);

虛擬設(shè)備驅(qū)動程序一般采用這種方式，實現(xiàn)自己的destructor函數(shù)來釋放net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備注冊過程

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在系統(tǒng)中注冊后，內(nèi)核在處理數(shù)據(jù)包時才能調(diào)用設(shè)備接口實現(xiàn)的處理函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的注冊是通過register_netdev函數(shù)完成的：

/**

*??? register_netdev??? - register a network device

*??? @dev: device to register

*

*??? Take a completed network device structure and add it to the kernel

*??? interfaces. A %NETDEV_REGISTER message is sent to the netdev notifier

*??? chain. 0 is returned on success. A negative errno code is returned

*??? on a failure to set up the device, or if the name is a duplicate.

*

*??? This is a wrapper around register_netdevice that takes the rtnl semaphore

*??? and expands the device name if you passed a format string to

*??? alloc_netdev.

*/

int register_netdev(struct net_device *dev)

{

int err;

rtnl_lock();

/*

* If the name is a format string the caller wants us to do a

* name allocation.

*/

if (strchr(dev->name, '%')) {

err = dev_alloc_name(dev, dev->name);

if (err < 0)

goto out;

}

err = register_netdevice(dev);

out:

rtnl_unlock();

return err;

}

EXPORT_SYMBOL(register_netdev);

其中rtnl_lock是內(nèi)核保護運行時的net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的互斥手段，一般在修改net_device中flag字段，表示有事件發(fā)生需要改變設(shè)備的狀態(tài)；或者用戶通過ifconfig、route等命令修改接口的配置時，通過ioctl和netlink接口告訴內(nèi)核操作設(shè)備的net_device結(jié)構(gòu)，都需要調(diào)用這個鎖來進行互斥。

dev_alloc_name(dev, dev->name)函數(shù)會在系統(tǒng)中找到這種類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中第一個沒有使用的序列號來替換設(shè)備名稱中的%d，生成如eth2的設(shè)備名稱。

int dev_alloc_name(struct net_device *dev, const char *name)

{

char buf[IFNAMSIZ];

struct net *net;

int ret;

BUG_ON(!dev_net(dev));

net = dev_net(dev);

ret = __dev_alloc_name(net, name, buf);

if (ret >= 0)

strlcpy(dev->name, buf, IFNAMSIZ); //將返回的設(shè)備名稱復(fù)制到net_device的name字段

return ret;

}

static int __dev_alloc_name(struct net *net, const char *name, char *buf)

{

int i = 0;

const char *p;

const int max_netdevices = 8*PAGE_SIZE;

unsigned long *inuse;

struct net_device *d;

/*檢查設(shè)備名稱中是否有%d，或其他不合法字符*/

p = strnchr(name, IFNAMSIZ-1, '%');

if (p) {

if (p[1] != 'd' || strchr(p + 2, '%'))

return -EINVAL;

/*分配一個物理頁面作為位圖，來對系統(tǒng)中該類型設(shè)備已用序列號進行標(biāo)記*/

inuse = (unsigned long *) get_zeroed_page(GFP_ATOMIC);

if (!inuse)

return -ENOMEM;

/*變量網(wǎng)絡(luò)命名空間中的所有設(shè)備，即net_device結(jié)構(gòu)*/

for_each_netdev(net, d) {

if (!sscanf(d->name, name, &i)) //獲取同類型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的其序列號，這里極為巧妙

continue;

if (i < 0 || i >= max_netdevices) //判斷序列號的范圍

continue;

snprintf(buf, IFNAMSIZ, name, i);

if (!strncmp(buf, d->name, IFNAMSIZ)) /*驗證解析的序列號是否正確*/

set_bit(i, inuse); //在位圖中將該位標(biāo)記

}

i = find_first_zero_bit(inuse, max_netdevices); //找到第一個為0的序列號

free_page((unsigned long) inuse);

}

if (buf != name)

snprintf(buf, IFNAMSIZ, name, i); //根據(jù)找到的序列號，輸出完整的設(shè)備名

if (!__dev_get_by_name(net, buf)) //在name_list鏈表中查找是否有同名的設(shè)備

return i;

/* It is possible to run out of possible slots

* when the name is long and there isn't enough space left

* for the digits, or if all bits are used.

*/

return -ENFILE;

}

在這里就為設(shè)備完成了完整設(shè)備名的組合，內(nèi)核在這里位圖的使用非常巧妙，以后可以在處理位圖時，可以直接使用內(nèi)核實現(xiàn)的set_bit和find_first_zero_bit、clear_bit等函數(shù)。

register_netdevice才是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備注冊的最重要步驟：

int register_netdevice(struct net_device *dev)

{

int ret;

struct net *net = dev_net(dev);? //設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)空間

BUG_ON(dev_boot_phase);

ASSERT_RTNL();

might_sleep();

/* When net_device's are persistent, this will be fatal. */

BUG_ON(dev->reg_state != NETREG_UNINITIALIZED); //alloc_netdev時不需要設(shè)置這個成員，因為其為0

BUG_ON(!net);

/*初始化net_device中的一些成員鎖*/

spin_lock_init(&dev->addr_list_lock);

netdev_set_addr_lockdep_class(dev);

dev->iflink = -1;

/* Init, if this function is available */

if (dev->netdev_ops->ndo_init) { //調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序操作中實現(xiàn)的初始化函數(shù)

ret = dev->netdev_ops->ndo_init(dev);

if (ret) {

if (ret > 0)

ret = -EIO;

goto out;

}

}

ret = dev_get_valid_name(dev, dev->name, 0); //檢查設(shè)備名稱的有效性

if (ret)

goto err_uninit;

dev->ifindex = dev_new_index(net); //為設(shè)備分配一個唯一的索引號

if (dev->iflink == -1)

dev->iflink = dev->ifindex;

/* Transfer changeable features to wanted_features and enable

* software offloads (GSO and GRO).

*/

/*設(shè)置設(shè)備的一些特性*/

dev->hw_features |= NETIF_F_SOFT_FEATURES;

dev->features |= NETIF_F_SOFT_FEATURES;

dev->wanted_features = dev->features & dev->hw_features;

/* Enable GRO and NETIF_F_HIGHDMA for vlans by default,

* vlan_dev_init() will do the dev->features check, so these features

* are enabled only if supported by underlying device.

*/

dev->vlan_features |= (NETIF_F_GRO | NETIF_F_HIGHDMA);

ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_POST_INIT, dev); //調(diào)用通知鏈，發(fā)出事件通知

ret = notifier_to_errno(ret);

if (ret)

goto err_uninit;

ret = netdev_register_kobject(dev); //設(shè)備注冊的核心函數(shù)，主要是調(diào)用device_add函數(shù)，將設(shè)備添加到內(nèi)核的設(shè)備管理器中

if (ret)

goto err_uninit;

dev->reg_state = NETREG_REGISTERED;? //設(shè)置net_device的狀態(tài)

netdev_update_features(dev);

/*

*??? Default initial state at registry is that the

*??? device is present.

*/

set_bit(__LINK_STATE_PRESENT, &dev->state);

dev_init_scheduler(dev); //在這里會設(shè)置設(shè)備的看門狗定時器

dev_hold(dev); //增加設(shè)備的引用計數(shù)

list_netdevice(dev);? //將設(shè)備加入系統(tǒng)的indexlist、namelist和devlist中

/* Notify protocols, that a new device appeared. */

ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_REGISTER, dev); //通過通知鏈發(fā)出設(shè)備注冊通知

ret = notifier_to_errno(ret);

if (ret) {

rollback_registered(dev);

dev->reg_state = NETREG_UNREGISTERED;

}

/*

*??? Prevent userspace races by waiting until the network

*??? device is fully setup before sending notifications.

*/

if (!dev->rtnl_link_ops ||

dev->rtnl_link_state == RTNL_LINK_INITIALIZED)

rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, ~0U);

out:

return ret;

err_uninit:

if (dev->netdev_ops->ndo_uninit)

dev->netdev_ops->ndo_uninit(dev);

goto out;

}

EXPORT_SYMBOL(register_netdevice);

由上可知注冊的主要過程是netdev_register_kobject函數(shù)中的device_add過程，和list_netdevice(dev)將設(shè)備加入到系統(tǒng)的幾個hash鏈表中，便于系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)包時查找對應(yīng)的設(shè)備。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux dev alloc name,深入理解Linux网络技术内幕-设备注册和初始化(二)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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