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Linux内核分析 - 网络[一]:收发数据包的调用

2012-04-11  杰的个人...
内核版本:Linux-2.6.34
网卡驱动:B4401

 

 

什么是NAPI

NAPI 是linux一套最新的处理网口数据的API,linux 2.5引入的,所以很多驱动并不支持这种操作方式。简单来说,NAPI是综合中断方式与轮询方式的技术。数据量很低与很高时,NAPI可以发挥中断方式与 轮询方式的优点,性能较好。如果数据量不稳定,且说高不高说低不低,则NAPI会在两种方式切换上消耗不少时间,效率反而较低一些。

 

下面会用到netdev_priv()这个函数,这里先讲解下,每个网卡驱动都有自己的私有的数据,来维持网络的正常运行,而这部分私有数据放在网络设备数据后面(内存概念上),这个函数就是通过dev来取得这部分私有数据,注间这部分私有数据不在dev结构体中,而是紧接在dev内存空间后。

static inline void *netdev_priv(const struct net_device *dev)

{

  return (char *)dev + ALIGN(sizeof(struct net_device), NETDEV_ALIGN);

}

 

弄清这个函数还得先清楚dev这个结构的分配

alloc_netdev() -> alloc_netdev_mq()

struct net_device *alloc_netdev_mq(int sizeof_priv, const char *name,

              void (*setup)(struct net_device *), unsigned int queue_count)

{

     ……

 

     alloc_size = sizeof(struct net_device);

     if (sizeof_priv) {

              /* ensure 32-byte alignment of private area */

              alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN);

              alloc_size += sizeof_priv;

     }

     /* ensure 32-byte alignment of whole construct */

     alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;

 

     p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);

     if (!p) {

              printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device./n");

              return NULL;

     }

 

     ……….

}

可以看到,dev在分配时,即在它的后面分配了private的空间,需要注意的是,这两部分都是4字节对齐的,如下图所示,padding是加入的的补齐字节:

  

 

举个例子,假设sizeof(net_device)大小为31Bprivate大小45B,则实际分配空间如图所示:

 

   

    b44_interrupt():当有数据包收发或发生错误时,会产生硬件中断,该函数被触发

struct b44 *bp = netdev_priv(dev);

取出网卡驱动的私有数据private,该部分数据位于dev数据后面

istat = br32(bp, B44_ISTAT);

imask = br32(bp, B44_IMASK);

读出当前中断状态和中断屏蔽字

     if (istat) {

              ……

              if (napi_schedule_prep(&bp->napi)) {

                       bp->istat = istat;

                       __b44_disable_ints(bp);

                       __napi_schedule(&bp->napi);

              }

设置NAPISCHED状态,记录当前中断状态,关闭中断,执行调度

void __napi_schedule(struct napi_struct *n)

{

     unsigned long flags;

 

     local_irq_save(flags);

     list_add_tail(&n->poll_list, &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list);

     __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ);

     local_irq_restore(flags);

}

__get_cpu_var():得到当前CPU的偏移量,与多CPU有关

napipoll_list加入到softnet_data队列尾部,然后引起软中断NET_RX_SOFTIRQ

 

似乎还没有真正的收发函数出现,别急;关于软中断的机制请参考资料,在net_dev_init()[dev.c]中,注册了两个软中断处理函数,所以引起软中断后,最终调用了net_rx_action()

open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);

open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);

下面来看下net_rx_action()函数实现:

static void net_rx_action(struct softirq_action *h)

{

     struct list_head *list = &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list;  // [1]

     ……

     n = list_first_entry(list, struct napi_struct, poll_list);     // [2]

     ……

     work = 0;

     if (test_bit(NAPI_STATE_SCHED, &n->state)) {

              work = n->poll(n, weight);        // [3]

              trace_napi_poll(n);

     }

……

}

__get_cpu_var是不是很熟悉,在b44_interrupt()中才向它的poll_list中加入了一个napi_struct;代码[2]很简单了,从poll_list的头中取出一个napi_struct,然后执行代码[3],调用poll()函数;注意到这里在interrupt时,会向poll_list尾部加入一个napi_struct,并引起软中断,在软中断处理函数中,会从poll_list头部移除一个napi_struct,进行处理,理论上说,硬件中断加入的数据在其引起的软中断中被处理。

poll函数实际指向的是b44_poll(),这是显而易见的,但具体怎样调用的呢?在网卡驱动初始化函数b44_init_one()有这样一行代码:

netif_napi_add(dev, &bp->napi, b44_poll, 64);

netif_napi_add()中初始化napi并将其加入dev的队列,

     napi->poll = poll;

这行代码就是b44_poll赋给napi_poll,所以在NET_RX_SOFTIRQ软中断处理函数net_rx_action()中执行的b44_poll()

怎么到这里都还没有收发数据包的函数呢!b44_poll()就是轮询中断向量,查找出引起本次操作的中断;

static int b44_poll(struct napi_struct *napi, int budget)

{

     ……

     if (bp->istat & (ISTAT_TX | ISTAT_TO))

              b44_tx(bp);

     ……

     if (bp->istat & ISTAT_RX)

              work_done += b44_rx(bp, budget);

     if (bp->istat & ISTAT_ERRORS)

              ……

}

可以看到,查询了四种中断:ISTAT_TXISTAT_TOISTAT_RXISTAT_ERRORS

#define  ISTAT_TO               0x00000080 /* General Purpose Timeout */

#define  ISTAT_RX               0x00010000 /* RX Interrupt */

#define  ISTAT_TX                0x01000000 /* TX Interrupt */

#define ISTAT_ERRORS (ISTAT_DSCE|ISTAT_DATAE|ISTAT_DPE|ISTAT_RDU|ISTAT_RFO|ISTAT_TFU)

如果是TX中断,则调用b44_tx发送数据包;如果是RX中断,则调用b44_rx接收数据包。至此,从网卡驱动收发数据包的调用就是如此了。

最后,给个总结性的图:

  

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