網絡驅動移植之解析Linux網絡驅動的基本框架

概括而言，編寫Linux網絡驅動其實只要完成兩件事即可，一是分配並初始化網絡設備，二是注冊網絡設備。

1、分配並初始化網絡設備

動態分配網絡設備（從C語言角度來看，其實就是定義了一個struct net_device結構體變量，並對這個結構體變量的某些成員進行了初始化而已）及其私有數據的大致過程如下圖（以以太網設備為例）：

下面將結合linux-2.6.38.8中的代碼詳細分析網絡設備的分配和初始化過程。

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/etherdevice.h */
2. #define alloc_etherdev(sizeof_priv) alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, 1)
3. #define alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, count) alloc_etherdev_mqs(sizeof_priv, count, count)
5. /* linux-2.6.38.8/net/ethernet/eth.c */
6. struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs,
7. unsigned int rxqs)
8. {
9. return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", ether_setup, txqs, rxqs);
10. }
12. void ether_setup(struct net_device *dev)
13. {
14. dev->header_ops = ð_header_ops;
15. dev->type = ARPHRD_ETHER;
16. dev->hard_header_len = ETH_HLEN;
17. dev->mtu = ETH_DATA_LEN;
18. dev->addr_len = ETH_ALEN;
19. dev->tx_queue_len = 1000; /* Ethernet wants good queues */
20. dev->flags = IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST;
22. memset(dev->broadcast, 0xFF, ETH_ALEN);
24. }

以前各類網絡設備的分配函數（如以太網設備的alloc_etherdev）都只是alloc_netdev函數的封裝而已，但對於linux-2.6.38.8而言已經不是這樣了。

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h */
2. #define alloc_netdev(sizeof_priv, name, setup) \
3. alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, name, setup, 1, 1)

alloc_netdev_mqs函數的五個參數分別為私有數據大小、設備名稱、默認初始化函數、發送隊列數目和接收隊列數目。

以太網設備的名稱設為eth%d，默認初始化函數設為ether_setup，發送和接收隊列數目都設為1。

函數alloc_netdev_mqs定義在linux-2.6.38.8/net/core/dev.c文件中，大概會完成以下各種操作：

（1）、為struct net_device和私有數據分配內存空間

1. alloc_size = sizeof(struct net_device);
2. if (sizeof_priv) {
3. alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN); //#define NETDEV_ALIGN 32
4. alloc_size += sizeof_priv;
5. }
6. alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;
8. p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);
9. if (!p) {
10. printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device.\n");
11. return NULL;
12. }
14. dev = PTR_ALIGN(p, NETDEV_ALIGN);
15. dev->padded = (char *)dev - (char *)p;

對齊操作相關宏：

1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/kernel.h */
2. #define ALIGN(x, a) __ALIGN_KERNEL((x), (a))
3. #define __ALIGN_KERNEL(x, a) __ALIGN_KERNEL_MASK(x, (typeof(x))(a) - 1)
4. #define __ALIGN_KERNEL_MASK(x, mask) (((x) + (mask)) & ~(mask))
6. #define PTR_ALIGN(p, a) ((typeof(p))ALIGN((unsigned long)(p), (a)))

（2）、動態分配per-CPU變量

1. dev->pcpu_refcnt = alloc_percpu(int);
2. if (!dev->pcpu_refcnt)
3. goto free_p;

（3）、初始化硬件地址鏈表dev->dev_addrs，並把首元素賦給dev->dev_addr

1. if (dev_addr_init(dev))
2. goto free_pcpu;

（4）、初始化組播和單播地址鏈表

1. dev_mc_init(dev);
2. dev_uc_init(dev);

（5）、設置網絡命名空間

1. dev_net_set(dev, &init_net);

（6）、設置GSO最大值

1. dev->gso_max_size = GSO_MAX_SIZE;

（7）、初始化各種鏈表

1. INIT_LIST_HEAD(&dev->ethtool_ntuple_list.list);
2. dev->ethtool_ntuple_list.count = 0;
3. INIT_LIST_HEAD(&dev->napi_list);
4. INIT_LIST_HEAD(&dev->unreg_list);
5. INIT_LIST_HEAD(&dev->link_watch_list);

（8）、設置priv_flags值

1. dev->priv_flags = IFF_XMIT_DST_RELEASE;

（9）、執行默認初始化函數（以太網設備默認為ether_setup）

1. setup(dev);

（10）、初始化數據包發送隊列

1. dev->num_tx_queues = txqs;
2. dev->real_num_tx_queues = txqs;
3. if (netif_alloc_netdev_queues(dev))
4. goto free_all;

（11）、初始化數據包接收隊列

1. dev->num_rx_queues = rxqs;
2. dev->real_num_rx_queues = rxqs;
3. if (netif_alloc_rx_queues(dev))
4. goto free_all;

（12）、設置網絡設備名稱

1. strcpy(dev->name, name);