Linux网络设备驱动学习笔记

Linux网络设备驱动程序体系结构

从上到下：网络协议接口层-->网络设备结构层-->设备驱动实现层-->网络设备与媒介层

 

记忆方法：

分三层，1、最上面理解为我们用的网络传输方法，就是网络协议，2、最下面就是物理硬件，即网络设备层，3、中间是一层，设备驱动，然后拆成2部分，上部分是结构（层），下部分是结构中函数的实现（层）。

 

功能描述：

网络协议接口层

dev_queue_xmit() 发送数据， netif_rx() 接收数据。

网络设备结构层

有一个结构net_device

设备驱动实现层

net_device里的函数实现， 通过hard_start_xmit()启动发送操作，通过中断触发接收操作。

网络设备与媒介层

哪里管的了那么多，不理它硬件怎么实现的。

 

网络协议接口层

有一个NB的结构体:sk_buff，叫做：套接字缓冲区，各层之间数据传输都靠他。

dev_queue_xmit()、netif_rx()的参数都是只是sk_buff。

函数原型：

dev_queue_xmit(struct sk_buff  *sb );          //sb实际是 skb，少写一个k助记

netif_rx(struct sk_buff sk_buff  *sb);             //同上

 

sk_buff 内容详解

 

1 协议头 ，有好多好多协议要使用，所以协议头是必要滴，当然不能同时使用TCP/IP UDP或者其他什么协议，所以把头结构定义成联合体。

2 数据缓冲区：要搞个地方放数据，要功能强大必须能找到各需要的位置比如：头、尾… 所以在sk_buff中定义了4个指针：head、 data、tail、end。指向数据缓冲区。

head：缓冲区起始地址，sk_buff 一旦创建，head数据就固定了。

data：当前层的有效数据起始地址

tail： 有效数据的结尾地址，和data对应

end：缓冲区的结尾地址，sk_buff 一旦创建，end数据就固定了。

3 长度信息

len:数据包有效数据长度，包括协议头和负载（Payload？）

data_len:记录分片的数据长度,数据包的有效数据是分成几片存在不同的内存空间中，每片空间最大是一页。

truesize：缓冲区的整体长度，即：sizeof(struct sk_buff)+（传入alloc_sdb()或dev_alloc_skb()函数的长度）--说实话不理解传入函数的长度是什么.

 

NB的结构体:sk_buff的操作

各层之间就靠他，当然需要对他进行操作。

Ø  分配：

struct sk_buff  *alloc_skb(unsigned int len,int priority);

分配一个套接字缓冲区（sk_buff）和一个数据缓冲区，参数len为数据缓冲区的空间大小。16字节对齐， priority是内存分配的优先级。

 

struct sk_buff  *dev_alloc_skb(unsigned int len);

用这个函数优先级就确定了--FGP_ATOMIC:代表分配过程中不能被中断。

会调用alloc_skb()函数，并保存skb->head和sdk_data 之间的16个字节。

 

分配完成后, skb_buff的 data、tail指针都指向存储空间的起始地址head,而len的大小是0。

 

Ø  释放

就是释放alloc_skb()分配的套接字缓冲区，和数据缓冲区。

 

linux专用：

void kree_skb(struct sk_buff  *skb)；

网络设备驱动程序用：

非中断上下文专用：void dev_kree_skb(struct  sk_buff  *skb);

中断上下文转用：void dev_kree_skb_irq(strcut sk_buff   *skb);

中断非中断上下文都可用：void dev_kree_skb_any(struct sk_buff  *skb);

Ø  指针移动

sk_buff中的数据缓冲区指针操作有: put、push、 pull、reserve。

 

put操作：

往数据缓冲区尾部添加可以存储网络数据包的空间。

unsigned char *skb_put(struct sk_buff  *skb , unsigned int len);          // 会检测放入的数据

unsigned char *__skb_put(同上)；                                                                 //不检查

上述函数使tail指针下移，增加sk_buff中的len值，并返回skb_tail的值。

 

push操作：

往数据缓冲区头部增加一段可以存储网络数据包的空间。主要用于在数据包发送时添加头部。

unsigned char *skb_push(struct sk_buff  *skb , unsigned int len);       // 会检测放入的数据

unsigned char *__skb_push(同上)；                                                              //不检查

会使data指针上移，也增加len的值。

 

pull操作：

用于下层协议向上层协议移交数据包，使data指针指向上一层协议的协议头。

unsigned char *skb_pull(struct sk_buff  *skb , unsigned int len);

会将data指针下移，并减小skb的len值。

 

reserve操作：

主要用于在存储空间的头部预留len长度的空隙。

void skb_reserve(struct sk_buff  *skb , unsigned int len);

会使data指针和tail指针同时下移。

 

 

skb_buff的操作过程绝大部分由linux内核完成，驱动工程师只需要完成数据链路层部分工作。下面搞个例子加深理解！

补充协议头设定：

sk_buff中定义了3个协议头用于网络协议的不同层次，传输层TCP/IP协议头:h，网络层协议头：nh，链路层协议头mac,前面说了，这三个头都各定义成联合体。

 

网卡接收到一个UDP数据包，Linux从下到上处理的流程：1、2、3、4。

skb->mac.raw在步骤1到位，指向的位置就不变了，其他头指针也是这样。skb->nh.raw在步骤2到位，skb->h.raw在步骤3到位。每次pull到上一层，data指向就移到上面一层数据开始的地方，然后len减掉previous(避免中文歧义)的那层的头长度。

 

 

1、创建一个sk_buff结构体和数据缓冲区，将收到的数据复制到data指向的空间，skb->mac.raw指向数据，  有效数据的开始位子是一个以太网头，skb->mac.raw指向链路层的以太网头部。

2、用pull传到网络层之后，以太网协议头被剥掉了，skb->data指向下移到IP头了，len也减掉链路层头部那个长度skb_nh.raw指向data，即IP头部。

3、用pull传到传输层，剥掉IP头，data指针继续向下移，len长度再减掉ip头长度，skb_h.raw指向UDP头部。

4、应用程序调用recv()接收数据时，从skb->data+sizeof(struct udphdr)的位置开始复制到应用层缓冲区，所以,UDP头得以幸存，没有被剥掉.