Linux素来以其强大的网络功能著名,同时, 设备'>网络设备也作为三大设备之一, 成为Linux驱动学习中必不可少的设备类型, 此外, 由于历史原因, Linux并没有强制对设备'>网络设备贯彻其”一切皆文件”的思想, 设备'>网络设备不以/dev下的设备文件为接口，用户程序通过socket作为访问硬件的接口。本文以Linux3.14.0内核为例, 讨论Linux中的网络驱动模型 Linux的设备'>网络设备并不使用文件作为用户程序访问设备'>网络设备的接口，所以/sys/dev下和/dev下并没有相应的设备'>网络设备文件，在Linux中，用户程序最终使用套接字来访问设备'>网络设备。

上图就是经典的OSI 7层模型，Linux的网卡驱动程序处于OSI模型中的数据链路层，他的职责就是将上上层的协议栈传过来的信息通过网卡发送出去，\ Linux的网络驱动模型采用4层结构:

第2 and 第3层是驱动开发主要关心的层次

在分析核心对象与核心方法的时候, 找到在哪向上提供接口, 在哪向下操作硬件.????

套接字缓冲区是数据在多层模型中传输的载体,其被处理的最终结果就是网络数据包, Linux巧妙的使用了移动head/tail指针的方式实现了网络模型中每一层对数据包的加工过程。sk_buff部分定义如下

struct sk_buff –435–>对应的net_device –449–>len有效数据长度 –451–>mac_len表示mac头长度 –473–>protocol协议编号 –537–>transport_header指向传输层协议头 –538–>network_header指向IP头 –539–>mac_header指向以太网头 –541–>tail指向当前数据包的尾地址, 随着各个网络层的加工而变化 –542–>end 指向数据缓冲的内核尾地址, 不变 –543–>head指向数据缓冲(PackertData)的内核首地址, 不变 –544–>data指向当前数据包的首地址, 随着各个网路层的加工而变化

net_device是设备接口层的核心, 也是编写网络驱动核心的对象

struct net_device –1170–>name是设备'>网络设备的名称, 设备'>网络设备被载入后会出现在ifconfig中, 比如默认的eth0就是这个 –1179–>mem_start和mem_end存储了设备所使用的共享内存起始和结束地址 –1180–>base_addr表示设备'>网络设备的IO基地址 –1182–>irq为设备使用的中断号 –1210–>用户层可以修改的特征 –1212–>用户层不能修改的特征 –1230–>网卡的统计信息 –1243–>netdev_ops即设备'>网络设备的操作方法集 –1244–>ethtool的方法集 –1248–>header_ops表示协议头操作集 –1250–>用户层可以修改的标准 –1251–>用户层不能修改的标准 –1254–>alloc_netdev()时加入的pad的大小 –1259–>if_port指定多端口设备使用哪一个端口 –1260–>dma即分配给该设备的dma通道 –1264–>hard_header_len表示设备'>网络设备的硬件头长度, 在以太网设备的初始化过程中, 该成员被赋值为ETH_HLEN, 即14 –1263–>type是硬件类型 –1262–>mtu即MAX TRANSFER UNIT –1270–>needed_headroom表示数据包缓冲区中需要的head_room大小 –1271–>数据缓冲区中需要的tailroom的大小 –1274–>mac地址 –1275–>硬件地址类型 –1276–>硬件地址长度 –1289–>设备所属的kset –1386–>计数值

下面是一些与net_device相关的内核API

通过形参的名字就可以看出, 这个函数其实不止分配了一个net_device对象的空间, 因为net_device中并没有一个存储私有数据的域(dev->platform_data除外), 关于net_device的私有数据的存储方式, 我们可以通过这个函数的定义中看出, 这也就是要使用内核API来分配一个net_device结构的原因

alloc_net_dev_wqs –6330–>用alloc_size保存一个net_device的大小 –6333–>如果有私有数据的要求, 对alloc_size重新赋值, 新的大小为net_device的32字节对齐大小+请求的私有数据大小 –6337–>确保分配的空间是32字节对齐, 与–6345–配合使用 –6339–>分配空间, 空间的大小=net_device大小+请求的私有数据空间大小+(NETDEV_ALIGN-1)大小 net_device的私有数据是预分配的, 就在net_device对象的下面. –6345–>6337行的作用在这一行就体现出来了, PTR_ALIGN是向上对齐, 这样久保证了dev指向的空间是32字节对齐的, 之前分配的多余的部分作为padded被添加到net_device域中,所以, 考虑到net_device本身凑巧就是32字节对齐的,最后得到的内存布局是“net_device+priv_data+padded”的一块物理连续空间

这个函数也是一个重头, 在初始化一个以太网设备的时候应该被调用, 它的主要作用就是针对以太网标准对net_device对象进行初始化.

struct net_device_ops –1003–>ndo_init是初始化函数指针, 如果这个指针被设置了, 那么在设备被注册的时候会被调用, 用来初始化net_device对象, 相当于C++中的构造函数, 这个指针可以为NULL –1004–>析构函数,回收清理 –1005–>打开设备, ifconfig xxx up 时会回调 –1006–>关闭设备, ifconfig xxx down 时会回调 –1007–>发送数据,会被dev_queue_xmit()回调 –1016–>设置mac –1018–>检查mac是否有效 –1019–>对设备'>网络设备的ioctl操作 –1021–>配置接口, 用于配置读写参数, 读状态, 控制网卡等 –1023–>设置MTU值 –1027超时重发, 超时后会被回调

下面是一个可以借鉴的ndo_init()的实现

这个函数会在超时的时候被调用, 通常用来实现重发.

是设备'>网络设备媒介层相设备驱动功能层发送数据的接口, 网卡接收到数据是通过中断的方式上报的, 所以网络驱动中的中断处理函数就是第一时间队接收到的数据进行处理的地方, 这个函数最终一定要调用netif_rx()将收到的数据上报到协议接口层. 下面是一个简单的接收数据中断处理函数模板

这些API都在“include/linux/netdevice.h”中声明了