网络驱动（2）（转载）

2.4.8 sk_buff
Linux 网络各层之间的数据传送都是通过sk_buff。sk_buff提供一套管理缓冲区的方法，是Linux系统网络高效运行的关键。每个sk_buff包括一些控制方法和一块数据缓冲区。控制方法按功能分为两种类型。一种是控制整个buffer链的方法，另一种是控制数据缓冲区的方法。sk_buff组织成双向链表的形式，根据网络应用的特点，对链表的操作主要是删除链表头的元素和添加到链表尾。sk_buff的控制方法都很短小以尽量减少系统负荷。 (translated from article written by Alan
Cox)
常用的方法包括：
.alloc_skb() 申请一个sk_buff并对它初始化。返回就是申请到的sk_buff。
.dev_alloc_skb()类似alloc_skb，在申请好缓冲区后，保留16字节的帧头空间。主要用在Ethernet驱动程序。
.kfree_skb() 释放一个sk_buff。
.skb_clone() 复制一个sk_buff，但不复制数据部分。
.skb_copy()完全复制一个sk_buff。
.skb_dequeue() 从一个sk_buff链表里取出第一个元素。返回取出的sk_buff，如果链表空则返回NULL。这是常用的一个操作。
.skb_queue_head() 在一个sk_buff链表头放入一个元素。
.skb_queue_tail() 在一个sk_buff链表尾放入一个元素。这也是常用的一个操作。网络数据的处理主要是对一个先进先出队列的管理，skb_queue_tail() 和skb_dequeue()完成这个工作。
.skb_insert() 在链表的某个元素前插入一个元素。
.skb_append() 在链表的某个元素后插入一个元素。一些协议(如TCP)对没按顺序到达的数据进行重组时用到skb_insert()和skb_append()。
.skb_reserve() 在一个申请好的sk_buff的缓冲区里保留一块空间。这个空间一般是用做下一层协议的头空间的。
.skb_put() 在一个申请好的sk_buff的缓冲区里为数据保留一块空间。在alloc_skb以后，申请到的sk_buff的缓冲区都是处于空(free)状态，有一个tail指针指向free空间，实际上开始时tail就指向缓冲区头。skb_reserve()在free空间里申请协议头空间，skb_put ()申请数据空间。见下面的图。
.skb_push() 把sk_buff缓冲区里数据空间往前移。即把Head room中的空间移一部分到Data area。
.skb_pull() 把sk_buff缓冲区里Data area中的空间移一部分到Head room中。
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| Tail room(free) |
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After alloc_skb()
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| Head room | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_reserve()
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| Head room | Data area | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_put()
--------------------------------------------------
|Head| skb_ | Data | Tail room(free) |
|room| push | | |
| | Data area | |
--------------------------------------------------
After skb_push()
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| Head | skb_ | Data area | Tail room(free) |
| | pull | | |
| Head room | | |
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After skb_pull()
------------------ Linux操作系统网络驱动程序编写 -------------------
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三.编写Linux网络驱动程序中需要注意的问题
3.1 中断共享
Linux系统运行几个设备共享同一个中断。需要共享的话，在申请的时候指明共享方式。系统提供的request_irq()调用的定义：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs
),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id);
如果共享中断，irqflags设置SA_SHIRQ属性，这样就允许别的设备申请同一个中断。需要注意所有用到这个中断的设备在调用 request_irq()都必须设置这个属性。系统在回调每个中断处理程序时，可以用dev_id这个参数找到相应的设备。一般dev_id就设为 device结构本身。系统处理共享中断是用各自的dev_id参数依次调用每一个中断处理程序。
3.2 硬件发送忙时的处理
主CPU的处理能力一般比网络发送要快，所以经常会遇到系统有数据要发，但上一包数据网络设备还没发送完。因为在Linux里网络设备驱动程序一般不做数据缓存，不能发送的数据都是通知系统发送不成功，所以必须要有一个机制在硬件不忙时及时通知系统接着发送下面的数据。
一般对发送忙的处理在前面设备的发送方法(hard_start_xmit)里已经描述过，即如果发送忙，置tbusy为1。处理完发送数据后，在发送结束中断里清tbusy，同时用mark_bh()调用通知系统继续发送。
但在具体实现我的驱动程序时发现，这样的处理系统好象并不能及时地知道硬件已经空闲了，即在mark_bh()以后，系统要等一段时间才会接着发送。造成发送效率很低。2M线路只有10%不到的使用率。内核版本为2.0.35。
我最后的实现是不把tbusy置1，让系统始终认为硬件空闲，但是报告发送不成功。系统会一直尝试重发。这样处理就运行正常了。但是遍循内核源码中的网络驱动程序，似乎没有这样处理的。不知道症结在哪里。
3.3 流量控制(flow control)
网络数据的发送和接收都需要流量控制。这些控制是在系统里实现的，不需要驱动程序做工作。每个设备数据结构里都有一个参数dev-> tx_queue_len，这个参数标明发送时最多缓存的数据包。在Linux系统里以太网设备(10/100Mbps) tx_queue_len一般设置为100，串行线路(异步串口)为10。实际上如果看源码可以知道，设置了dev->tx_queue_len并不是为缓存这些数据申请了空间。这个参数只是在收到协议层的数据包时判断发送队列里的数据是不是到了tx_queue_len的限度，以决定这一包数据加不加进发送队列。发送时另一个方面的流控是更高层协议的发送窗口(TCP协议里就有发送窗口)。达到了窗口大小，高层协议就不会再发送数据。
接收流控也分两个层次。netif_rx()缓存的数据包有限制。另外高层协议也会有一个最大的等待处理的数据量。
发送和接收流控处理在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()和netif_rx()
中。
3.4 调试
很多Linux的驱动程序都是编译进内核的，形成一个大的内核文件。但对调试来说，这是相当麻烦的。调试驱动程序可以用module方式加载。支持模块方式的驱动程序必须提供两个函数：int init_module(void)和void cleanup_module(void)。

init_module ()在加载此模块时调用，在这个函数里可以register_netdev()注册设备。init_module()返回0表示成功，返回负表示失败。 cleanup_module()在驱动程序被卸载时调用，清除占用的资源，调用unregister_netdev()。
模块可以动态地加载、卸载。在2.0.xx版本里，还有kerneld自动加载模块，但是2.2.xx中已经取消了kerneld。手工加载使用insmod命令，卸载用rmmod命令，看内核中的模块用lsmod命令。
编译驱动程序用gcc，主要命令行参数-DKERNEL -DMODULE。并且作为模块加载的驱动程序，只编译成obj形式(加-c参数)。编译好的目标文件放在/lib/modules/2.x.xx/misc下，在启动文件里用insmod加载。
四.进一步的阅读
Linux程序设计资料可以从网上获得。这就是开放源代码的好处。并且没有什么“未公开的秘密”。我编写驱动程序时参阅的主要资料包括：
Linux内核源代码
<> by Michael K. Johnson
<> by Ori Pomerantz
<> by olly in BBS水木清华站
可以选择一个模板作为开始，内核源代码里有一个网络驱动程序的模板，drivers/net/skeleton.c。里面包含了驱动程序的基本内容。但这个模板是以以太网设备为对象的，以太网的处理在Linux系统里有特殊“待遇”，所以如果不是以太网设备，有些细节上要注意，主要在初始化程序里。
最后，多参照别人写的程序，听听其他开发者的经验之谈大概是最有效的帮助了。