17.2. 連接到內(nèi)核

17.2.?連接到內(nèi)核

我們從分析 snull 的源碼來查看網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)開始. 把幾個(gè)驅(qū)動(dòng)的源碼留在手邊, 對于下面的討論和得知真實(shí)世界中的 Linux 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)如何運(yùn)行是會有幫助的.

17.2.1.?設(shè)備注冊

當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊加載進(jìn)一個(gè)運(yùn)行著的內(nèi)核中, 它請求資源并提供功能; 這里沒有新內(nèi)容. 并且在資源是如何請求上也沒有新東西. 驅(qū)動(dòng)應(yīng)當(dāng)探測它的設(shè)備和它的硬件位置( I/O 端口和 IRQ 線 ) -- 但是不注冊它們 --如在第 10 章的" 安裝一個(gè)中斷處理程序 "中所述. 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)通過它的模塊初始化函數(shù)注冊的方式與字符和塊驅(qū)動(dòng)是不同的. 因?yàn)闆]有對等的主次編號給網(wǎng)絡(luò)接口, 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)不請求這樣一個(gè)號. 相反, 驅(qū)動(dòng)為每個(gè)剛剛探測到的接口在一個(gè)全局的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表里插入一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).

每個(gè)接口由一個(gè)結(jié)構(gòu) net_device 項(xiàng)來描述, 它在 <linux/netdevice.h> 里定義. snull 驅(qū)動(dòng)留有指向兩個(gè)這樣結(jié)構(gòu)的指針, 在一個(gè)簡單數(shù)組里.

struct net_device *snull_devs[2];
net_device 結(jié)構(gòu), 如同許多其他內(nèi)核結(jié)構(gòu), 包含一個(gè) kobject, 以及因此它可被引用計(jì)數(shù)并通過 sysfs 輸出. 如同別的這樣的結(jié)構(gòu), 它必須動(dòng)態(tài)分配. 進(jìn)行這種分配的內(nèi)核函數(shù)是 alloc_netdev, 它有下列原型:

struct net_device *alloc_netdev(int sizeof_priv,
                                            const char *name,
                                            void (*setup)(struct net_device *));

這里, sizeof_priv 是驅(qū)動(dòng)的的"私有數(shù)據(jù)"區(qū)的大小; 對于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng), 這個(gè)區(qū)是同 net_device 結(jié)構(gòu)一起分配的. 實(shí)際上, 這兩個(gè)是是在一個(gè)大內(nèi)存塊中一起分配的, 但是驅(qū)動(dòng)作者應(yīng)當(dāng)假裝不知道這一點(diǎn). name 是這個(gè)接口的名子, 如同用戶空間看到的一樣; 這個(gè)名子可以有一個(gè) printf 風(fēng)格的 %d 在里面. 內(nèi)核用下一個(gè)可用的接口號來替換這個(gè) %d. 最后, setup 是一個(gè)初始化函數(shù)的指針, 被調(diào)用來設(shè)置 net_device 結(jié)構(gòu)的剩余部分. 我們即將進(jìn)入這個(gè)初始化函數(shù), 但是現(xiàn)在, 為強(qiáng)化起見, snull 以這樣的方式分配它的兩個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu):

snull_devs[0] = alloc_netdev(sizeof(struct snull_priv), "sn%d",
                             snull_init);
snull_devs[1] = alloc_netdev(sizeof(struct snull_priv), "sn%d",
                             snull_init);
if (snull_devs[0] == NULL || snull_devs[1] == NULL)
    goto out;

象通常一樣, 我們必須檢查返回值來確保分配成功.

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)為各種接口提供了一些幫助函數(shù), 包裹著 alloc_netdev. 最通用的是 alloc_etherdev, 定義在 <linux/etherdevice.h>:

struct net_device *alloc_etherdev(int sizeof_priv); 

這個(gè)函數(shù)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用 eth%d 作為參數(shù) name. 它提供了自己的初始化函數(shù) ( ether_setup )來設(shè)置幾個(gè) net_device 字段, 使用對以太網(wǎng)設(shè)備合適的值. 因此, 沒有驅(qū)動(dòng)提供的初始化函數(shù)給 alloc_etherdev; 驅(qū)動(dòng)應(yīng)當(dāng)只完成它要求的初始化, 直接在一個(gè)成功的分配之后. 其他類型驅(qū)動(dòng)的編寫者可能想利用這些幫助函數(shù)的其中一個(gè), 例如 alloc_fcdev ( 定義在 <linux/fcdevice.h> ) 為 fiber-channel 設(shè)備, alloc_fddidev (<linux/fddidevice.h>) 為 FDDI 設(shè)備, 或者 aloc_trdev (<linux/trdevice.h>) 為令牌環(huán)設(shè)備.

snull 可以順利使用 alloc_etherdev; 我們選擇使用 alloc_netdev 來代替, 作為演示低層接口的方式, 并且給我們控制安排給接口的名子.

一旦 net_device 結(jié)構(gòu)完成初始化, 完成這個(gè)過程就只是傳遞這個(gè)結(jié)構(gòu)給 register_netdev. 在 snull 中, 調(diào)用看來如同這樣:

for (i = 0; i < 2; i++)
    if ((result = register_netdev(snull_devs[i])))
        printk("snull: error %i registering device \"%s\"\n",
               result, snull_devs[i]->name);

一些經(jīng)常的注意問題這里提一下: 在你調(diào)用 register_netdev 時(shí), 你的驅(qū)動(dòng)可能會馬上被調(diào)用來操作設(shè)備. 因此, 你不應(yīng)當(dāng)注冊設(shè)備直到所有東西都已經(jīng)完全初始化.

17.2.2.?初始化每一個(gè)設(shè)備

我們已經(jīng)看到了 net_device 結(jié)構(gòu)的分配和注冊, 但是我們越過了中間的完全初始化這個(gè)結(jié)構(gòu)的步驟. 注意 net_device 結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)一直是放在一起; 它不能如同一個(gè) file_operations 或者 block_device_opreations 結(jié)構(gòu)一樣在編譯時(shí)設(shè)置. 必須在調(diào)用 register_netdev 之前完成初始化. net_device 結(jié)構(gòu)又大又復(fù)雜; 幸運(yùn)的是, 內(nèi)核負(fù)責(zé)了一些以太網(wǎng)范圍中的缺省值, 通過 ether_setup 函數(shù)(由 alloc_etherdev 調(diào)用).

因?yàn)?snull 使用 alloc_netdev, 它有單獨(dú)的初始化函數(shù). 該函數(shù)的核心( snull_init )如下:

ether_setup(dev); /* assign some of the fields */
dev->open = snull_open;
dev->stop = snull_release;
dev->set_config = snull_config;
dev->hard_start_xmit = snull_tx;
dev->do_ioctl = snull_ioctl;
dev->get_stats = snull_stats;
dev->rebuild_header = snull_rebuild_header;
dev->hard_header = snull_header;
dev->tx_timeout = snull_tx_timeout;
dev->watchdog_timeo = timeout;
/* keep the default flags, just add NOARP */
dev->flags |= IFF_NOARP;
dev->features |= NETIF_F_NO_CSUM;
dev->hard_header_cache = NULL; /* Disable caching */

上面的代碼是對 net_device 結(jié)構(gòu)的例行初始化; 大部分是存儲我們的各種驅(qū)動(dòng)函數(shù)指針. 代碼的單個(gè)不尋常的特性是設(shè)置 IFF_NOARP 在 flags 里面. 這個(gè)指出該接口不能使用 ARP. ARP 是一個(gè)低層以太網(wǎng)協(xié)議; 它的工作是將 IP 地址轉(zhuǎn)變成以太網(wǎng)介質(zhì)存取控制 (MAC) 地址. 因?yàn)橛?snull 模擬的遠(yuǎn)程系統(tǒng)并不存在, 就沒人回答對它們的 ARP 請求. 不想因?yàn)樵黾?ARP 實(shí)現(xiàn)使 snull 變復(fù)雜, 我們選擇標(biāo)識接口作為不能處理這個(gè)協(xié)議. 其中的對 hard_header_cache 賦值是同樣理由: 它關(guān)閉了這個(gè)接口的(不存在的) ARP 回答. 這個(gè)主題在本章后面的" MAC 地址解析"一節(jié)中詳述.

代碼初始化也設(shè)置了幾個(gè)和發(fā)送超時(shí)的處理有關(guān)的幾個(gè)變量( tx_timeout 和 watchdog_time ). 我們在"發(fā)送超時(shí)"一節(jié)完整地涉及這個(gè)主題.

我們現(xiàn)在看結(jié)構(gòu) net_device 的另一個(gè)成員, priv. 它的角色近似于我們用在字符驅(qū)動(dòng)上的 private_data 指針. 不同于 fops->private_data, 這個(gè) priv 指針是隨 net_device 結(jié)構(gòu)一起分配的. 也不鼓勵(lì)直接存取 priv 成員, 由于性能和靈活性的原因. 當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)需要存取私有數(shù)據(jù)指針, 應(yīng)當(dāng)使用 netdev_priv 函數(shù). 因此, snull 驅(qū)動(dòng)充滿著這樣的聲明:

struct snull_priv *priv = netdev_priv(dev); 

snull 模塊聲明了一個(gè) snull_priv 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來給 priv 使用:

struct snull_priv {
    struct net_device_stats stats;
    int status;
    struct snull_packet *ppool;
    struct snull_packet *rx_queue; /* List of incoming packets */
    int rx_int_enabled;
    int tx_packetlen;
    u8 *tx_packetdata;
    struct sk_buff *skb;
    spinlock_t lock;

};

這個(gè)結(jié)構(gòu)包括, 還有其他東西, 一個(gè) net_device_stats 結(jié)構(gòu)的實(shí)例, 這是放置接口統(tǒng)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)地方. 下面的在 snull_init 中的各行分配并初始化 dev->priv:

priv = netdev_priv(dev);
memset(priv, 0, sizeof(struct snull_priv));
spin_lock_init(&priv->lock);
snull_rx_ints(dev, 1); /* enable receive interrupts */

17.2.3.?模塊卸載

模塊卸載時(shí)沒什么特別的. 模塊的清理函數(shù)只是注銷接口, 進(jìn)行任何需要的內(nèi)部清理, 釋放 net_device 結(jié)構(gòu)回系統(tǒng).

void snull_cleanup(void)
{
    int i;

    for (i = 0; i < 2; i++) {
        if (snull_devs[i]) {
            unregister_netdev(snull_devs[i]);
            snull_teardown_pool(snull_devs[i]);
            free_netdev(snull_devs[i]);

        }
    }
    return;
}

對 unregister_netdev 的調(diào)用從系統(tǒng)中去除了接口; free_netdev 歸還 net_device 結(jié)構(gòu)給內(nèi)核. 如果某個(gè)地方有對這個(gè)結(jié)構(gòu)的引用, 它可能繼續(xù)存在, 但是你的驅(qū)動(dòng)不需要關(guān)心這個(gè). 一旦你已經(jīng)注銷了接口, 內(nèi)核不再調(diào)用它的方法.

注意我們的內(nèi)部清理( 在 snull_teardown_pool 里所做的 )直到已經(jīng)注銷了設(shè)備后才能進(jìn)行. 它必須, 但是, 在我們返回 net_device 結(jié)構(gòu)給系統(tǒng)之前進(jìn)行; 一旦我們已調(diào)用了 free_netdev, 我們再不能對這個(gè)設(shè)備或者我們的私有數(shù)據(jù)做任何引用.