前面文章讲了Linux系统的ethtool框架的一些东西,是从用户空间可以直观认识到的地方入手。同样,本文从Linux系统绝大部分人都熟悉的“ifconfig eth0 up”命令来跟踪一下此命令在内核中的发生了什么事情。由于ifconfig启动(up)和禁止(down)网络设备很相似,就放到一起讲了。

首先从ifconfig的源码入手,我下载的源码地址是http://www.tazenda.demon.co.uk/phil/net-tools/。这个网站上还有大量很有用的工具的源码,源码分布符合Linux的系统目录,有兴趣的可以去看看。

在我们输入up或down时,对应的代码如下:

  1. main()
  2. {
  3. if (!strcmp(*spp, "up")) {
  4. goterr |= set_flag(ifr.ifr_name, (IFF_UP | IFF_RUNNING));
  5. spp++;
  6. continue;
  7. }
  8. if (!strcmp(*spp, "down")) {
  9. goterr |= clr_flag(ifr.ifr_name, IFF_UP);
  10. spp++;
  11. continue;
  12. }
  13. }

很简单,就是根据用户的输入来标志IFF_UP参考。当up时,使用set_flag置位IFF_UP和IFF_RUNNING,当down时,使用clr_flag清除IFF_UP。Linux的这种思想值得学习,其实对于内核来讲,真的就是通过IFF_UP标志来判断网卡的使能和禁止的。

来看设置标志的set_flag函数:

  1. static int set_flag(char *ifname, short flag)
  2. {
  3. struct ifreq ifr;
  4. safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
  5. if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
  6. fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),
  7. ifname,     strerror(errno));
  8. return (-1);
  9. }
  10. safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
  11. ifr.ifr_flags |= flag;
  12. if (ioctl(skfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
  13. perror("SIOCSIFFLAGS");
  14. return -1;
  15. }
  16. return (0);
  17. }

以及清除标志的clr_flag函数:

  1. static int clr_flag(char *ifname, short flag)
  2. {
  3. struct ifreq ifr;
  4. int fd;
  5. if (strchr(ifname, ':')) {
  6. /* This is a v4 alias interface.  Downing it via a socket for
  7. another AF may have bad consequences. */
  8. fd = get_socket_for_af(AF_INET);
  9. if (fd < 0) {
  10. fprintf(stderr, _("No support for INET on this system.\n"));
  11. return -1;
  12. }
  13. } else
  14. fd = skfd;
  15. safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
  16. if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
  17. fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),
  18. ifname, strerror(errno));
  19. return -1;
  20. }
  21. safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
  22. ifr.ifr_flags &= ~flag;
  23. if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
  24. perror("SIOCSIFFLAGS");
  25. return -1;
  26. }
  27. return (0);
  28. }

观察这两个函数,最后都是使用SIOCSIFFLAGS命令和内核交互。我们找到这个命令的使用地方,它位于net/core/dev.c文件,如下:

  1. int dev_ioctl(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *arg)
  2. {
  3. case SIOCSIFFLAGS:
  4. case SIOCSIFMETRIC:
  5. case SIOCSIFMTU:
  6. case SIOCSIFMAP:
  7. case SIOCSIFHWADDR:
  8. case SIOCSIFSLAVE:
  9. case SIOCADDMULTI:
  10. case SIOCDELMULTI:
  11. case SIOCSIFHWBROADCAST:
  12. case SIOCSIFTXQLEN:
  13. case SIOCSMIIREG:
  14. case SIOCBONDENSLAVE:
  15. case SIOCBONDRELEASE:
  16. case SIOCBONDSETHWADDR:
  17. case SIOCBONDCHANGEACTIVE:
  18. case SIOCBRADDIF:
  19. case SIOCBRDELIF:
  20. case SIOCSHWTSTAMP:
  21. if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
  22. return -EPERM;
  23. /* fall through */
  24. case SIOCBONDSLAVEINFOQUERY:
  25. case SIOCBONDINFOQUERY:
  26. dev_load(net, ifr.ifr_name);
  27. rtnl_lock();
  28. ret = dev_ifsioc(net, &ifr, cmd);
  29. rtnl_unlock();
  30. return ret;
  31. }

SIOCSIFFLAGS会调用到dev_ifsioc函数:

  1. static int dev_ifsioc(struct net *net, struct ifreq *ifr, unsigned int cmd)
  2. {
  3. switch (cmd) {
  4. case SIOCSIFFLAGS:     /* Set interface flags */
  5. return dev_change_flags(dev, ifr->ifr_flags);
  6. }

继续跟进dev_change_flags函数:

  1. int dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned flags)
  2. {
  3. int ret, changes;
  4. int old_flags = dev->flags;
  5. ret = __dev_change_flags(dev, flags); // 打开设备
  6. if (ret < 0)
  7. return ret;
  8. changes = old_flags ^ dev->flags;
  9. if (changes)
  10. rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, changes); // 暂未了解
  11. __dev_notify_flags(dev, old_flags); // 向通道链netdev_chain发出通知
  12. return ret;
  13. }

真正干活的是__dev_change_flags函数:

  1. int __dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned int flags)
  2. {
  3. if ((old_flags ^ flags) & IFF_UP) {     /* Bit is different  ? */
  4. ret = ((old_flags & IFF_UP) ? __dev_close : __dev_open)(dev);
  5. }

根据标志选择打开设备__dev_open或关闭__dev_close。在同一文件还有dev_open或dev_close,我发现它们使用了EXPORT_SYMBOL导出,供给其它模块使用,但在这里,是使用了__dev_XX函数的。

打开函数如下:

  1. static int __dev_open(struct net_device *dev)
  2. {
  3. const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;
  4. int ret;
  5. ASSERT_RTNL();
  6. /*
  7. *  Is it even present?
  8. */
  9. if (!netif_device_present(dev))
  10. return -ENODEV;
  11. ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev);
  12. ret = notifier_to_errno(ret);
  13. if (ret)
  14. return ret;
  15. /*
  16. *  Call device private open method
  17. */
  18. set_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);
  19. if (ops->ndo_validate_addr)
  20. ret = ops->ndo_validate_addr(dev);
  21. if (!ret && ops->ndo_open)
  22. ret = ops->ndo_open(dev);
  23. /*
  24. *  If it went open OK then:
  25. */
  26. if (ret)
  27. clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);
  28. return ret;
  29. }

在真正调用具体驱动的接口前,先发NETDEV_PRE_UP给到通知链,再置__LINK_STATE_START,然后才调用驱动的ndo_open接口,最后需要清除__LINK_STATE_START标志。

关闭函数如下:

  1. static int __dev_close(struct net_device *dev)
  2. {
  3. const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;
  4. ASSERT_RTNL();
  5. might_sleep();
  6. /*
  7. *  Tell people we are going down, so that they can
  8. *  prepare to death, when device is still operating.
  9. */
  10. call_netdevice_notifiers(NETDEV_GOING_DOWN, dev);
  11. clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);
  12. /* Synchronize to scheduled poll. We cannot touch poll list,
  13. * it can be even on different cpu. So just clear netif_running().
  14. *
  15. * dev->stop() will invoke napi_disable() on all of it's
  16. * napi_struct instances on this device.
  17. */
  18. smp_mb__after_clear_bit(); /* Commit netif_running(). */
  19. dev_deactivate(dev);
  20. /*
  21. *  Call the device specific close. This cannot fail.
  22. *  Only if device is UP
  23. *
  24. *  We allow it to be called even after a DETACH hot-plug
  25. *  event.
  26. */
  27. if (ops->ndo_stop)
  28. ops->ndo_stop(dev);
  29. /*
  30. *  Device is now down.
  31. */
  32. dev->flags &= ~IFF_UP;
  33. return 0;
  34. }

在真正调用具体驱动的接口前,先发NETDEV_GOING_DOWN给到通知链,表示网络设备准备挂了,再清除__LINK_STATE_START标志,然后才调用驱动的ndo_stop接口,最后需要清除IFF_UP。

经过内核的层层结构,条条框框,终于到了具体的驱动了,上面的函数使用的接口实际上是net_device_ops结构体的函数指针,还是以igb驱动为例,赋值如下:

  1. static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = {
  2. .ndo_open       = igb_open,
  3. .ndo_stop       = igb_close,
  4. .ndo_start_xmit     = igb_xmit_frame_adv,
  5. .ndo_get_stats64    = igb_get_stats64,
  6. .ndo_set_rx_mode    = igb_set_rx_mode,
  7. .ndo_set_multicast_list = igb_set_rx_mode,
  8. .ndo_set_mac_address    = igb_set_mac,
  9. .ndo_change_mtu     = igb_change_mtu,
  10. .ndo_do_ioctl       = igb_ioctl,
  11. .ndo_tx_timeout     = igb_tx_timeout,
  12. .ndo_validate_addr  = eth_validate_addr,
  13. .ndo_vlan_rx_register   = igb_vlan_rx_register,
  14. .ndo_vlan_rx_add_vid    = igb_vlan_rx_add_vid,
  15. .ndo_vlan_rx_kill_vid   = igb_vlan_rx_kill_vid,
  16. .ndo_set_vf_mac     = igb_ndo_set_vf_mac,
  17. .ndo_set_vf_vlan    = igb_ndo_set_vf_vlan,
  18. .ndo_set_vf_tx_rate = igb_ndo_set_vf_bw,
  19. .ndo_get_vf_config  = igb_ndo_get_vf_config,
  20. #ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
  21. .ndo_poll_controller    = igb_netpoll,
  22. #endif
  23. };

我们看到最开始的2个函数就是打开和关闭。在igb_probe函数对igb_netdev_ops进行赋值:

  1. netdev->netdev_ops = &igb_netdev_ops;

至此,整个过程分析完毕。

文中涉及到通知链,网络设备通知链netdev_chain,这个还没研究过,这里简单列一下:

  1. // 声明通知链表
  2. static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);
  3. //注册
  4. int register_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
  5. {
  6. raw_notifier_chain_register(&netdev_chain, nb);
  7. }
  8. 注销:
  9. int unregister_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
  10. {
  11. int err;
  12. err = raw_notifier_chain_unregister(&netdev_chain, nb);
  13. }

31号的PS:

写完后想一想,感觉没到分析彻底,因为到具体的驱动后干了些什么还没跟踪,于是又花了点时间跟踪一下。我跟踪的是ti的网卡驱动,主要实现代码在cpsw.c文件,在http://lxr.oss.org.cn/source/drivers/net/ethernet/ti/?v=3.17可以找到。下面列出启动网卡时的过程的重要函数调用:

  1. > cpsw_ndo_open
  2. > cpsw_slave_open
  3. > phy_connect (传递cpsw_adjust_link)
  4. > phy_connect_direct (PHY_READY)
  5. >  phy_prepare_link (赋值cpsw_adjust_link为adjust_link)
  6. > phy_start_machine
  7. > phy_start (PHY_READY变成PHY_UP)

phy_start之后进入了phy驱动重要的状态判断函数phy_state_machine,phy驱动有一个工作队列就是调用这个函数的,这个函数判断了网络各种状态:PHY_DOWN、PHY_UPPHY_AN、PHY_NOLINK,等,并做出对应的动作。我们设置了PHY_UP,则函数过程如下:

  1. phy_state_machine
  2. > phy_start_aneg
  3. > config_aneg
  4. > genphy_config_aneg(实际上是这个函数,由phy驱动赋值的)

到了genphy_config_aneg这个函数,就是直接和phy芯片打交道了,读phy寄存器、写phy寄存器。默认情况下会进行自动协商(其实就是写phy的第0个寄存器),当然,如果不是,即phy_device成员变量autoneg是AUTONEG_DISABLE,则会强制设置指定的速率、双工模式。

至此,就不再继续分析、跟踪了。

原文:https://blog.csdn.net/subfate/article/details/44755679

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