网络驱动移植之net_device结构体及其相关的操作函数

网络驱动移植之net_device结构体及其相关的操作函数
内核源码：Linux-2.6.38.8.tar.bz2

在Linux系统中，网络设备都被抽象为struct net_device结构体。它是网络设备硬件与上层协议之间联系的接口，了解它对编写网络驱动程序非常有益，所以本文将着手简要介绍linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h文件中struct net_device结构体的所有成员（没有按照它们定义的顺序）。

1、网络设备相关信息

（1）、设备名
[cpp] view plain copy
1. char name[IFNAMSIZ];
2. char *ifalias; //用于SNMP协议
在Linux系统中，每个网络设备都有一个唯一的设备名（如eth0，字母部分代表网络设备的类型，数字部分代表此类网络设备的数量）。

（2）、电源管理服务质量（ power managementQuality Of Service）
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1. struct pm_qos_request_list pm_qos_req;
用于Wi-Fi和千兆以太网，可以帮助控制网络的延迟和带宽的需求，以达到在可用的前提下省电的目的。

（3）、硬件信息
[cpp] view plain copy
1. //网络设备内存映射时在主机中的内存区域
2. unsigned long mem_end;
3. unsigned long mem_start;
4. //网络设备I/O基地址
5. unsigned long base_addr;
6. //中断号
7. unsigned int irq;
8. //传输介质，如双绞线、同轴电缆等，在多端口设备中指定使用哪个端口
9. unsigned char if_port;
10. /* if_port可能的取值如下：
11. enum {
12. IF_PORT_UNKNOWN = 0,
13. IF_PORT_10BASE2,
14. IF_PORT_10BASET,
15. IF_PORT_AUI,
16. IF_PORT_100BASET,
17. IF_PORT_100BASETX,
18. IF_PORT_100BASEFX
19. };
20. **/
21. // DMA通道
22. unsigned char dma;
23. //最大传输单元，以太网数据帧最大为1500字节
24. unsigned int mtu;
25. //网络设备硬件类型，如10Mbps以太网ARPHRD_ETHER
26. unsigned short type;
27. //硬件数据帧头的长度，以太网为14字节
28. unsigned short hard_header_len;
29. //广播地址
30. unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN];
31. //硬件(如MAC)地址长度以及设备的硬件地址
32. unsigned char addr_len;
33. unsigned char *dev_addr;
34. unsigned char perm_addr[MAX_ADDR_LEN];
35. unsigned char addr_assign_type;
（4）、标识符
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1. int ifindex; //标识网络设备的唯一索引号
2. int iflink; //用于虚拟网络设备
3. unsigned short dev_id; //用于共享网络设备
（5）、分配套接字缓冲区时预留空间的长度
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1. unsigned short needed_headroom;
2. unsigned short needed_tailroom;
（6）、在sysfs文件系统中输出网络设备信息
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1. struct device dev;
2. const struct attribute_group *sysfs_groups[4];
（7）、网络设备相关链表
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1. //以设备名为关键字的网络设备哈希链表
2. struct hlist_node name_hlist;
3. //网络设备链表
4. struct list_head dev_list;
5. //支持NAPI传输的网络设备链表
6. struct list_head napi_list;
7. //被注销的网络设备链表
8. struct list_head unreg_list;
9. //网络设备硬件地址组成的链表
10. struct netdev_hw_addr_list dev_addrs;
11. /* n-tuple filter list attached to this device */
12. struct ethtool_rx_ntuple_list ethtool_ntuple_list;
13. //单播地址链表
14. struct netdev_hw_addr_list uc;
15. //组播地址链表
16. struct netdev_hw_addr_list mc;
17. //防止单播地址链表和组播地址链表被并发访问的自旋锁
18. spinlock_t addr_list_lock;
19. //监听所有组播地址
20. unsigned int allmulti;
21. //延迟注册/注销的网络设备链表
22. struct list_head todo_list;
23. //以索引号为关键字的网络设备哈希链表
24. struct hlist_node index_hlist;
25. //链路查看机制链表
26. struct list_head link_watch_list;
（8）、混杂模式
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1. //混杂模式时的单播地址个数
2. int uc_promisc;
3. //混杂模式的计数器
4. unsigned int promiscuity;
（9）、网络层协议特定数据
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1. struct vlan_group __rcu *vlgrp; /* VLAN group */
2. void *dsa_ptr; /* dsa specific data */
3. void *atalk_ptr; /* AppleTalk link */
4. struct in_device __rcu *ip_ptr; /* IPv4 specific data */
5. struct dn_dev __rcu *dn_ptr; /* DECnet specific data */
6. struct inet6_dev __rcu *ip6_ptr; /* IPv6 specific data */
7. void *ec_ptr; /* Econet specific data */
8. void *ax25_ptr; /* AX.25 specific data */
9. struct wireless_dev *ieee80211_ptr; /* IEEE 802.11 specific data,
10. assign before registering */
（10）、设备硬件功能特性
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1. unsigned long features;
2. // features的可能取值如下：
3. #define NETIF_F_SG 1 /* Scatter/gather IO. */
4. #define NETIF_F_IP_CSUM 2 /* Can checksum TCP/UDP over IPv4. */
5. #define NETIF_F_NO_CSUM 4 /* Does not require checksum. F.e. loopack. */
6. #define NETIF_F_HW_CSUM 8 /* Can checksum all the packets. */
7. #define NETIF_F_IPV6_CSUM 16 /* Can checksum TCP/UDP over IPV6 */
8. #define NETIF_F_HIGHDMA 32 /* Can DMA to high memory. */
9. #define NETIF_F_FRAGLIST 64 /* Scatter/gather IO. */
10. #define NETIF_F_HW_VLAN_TX 128 /* Transmit VLAN hw acceleration */
11. #define NETIF_F_HW_VLAN_RX 256 /* Receive VLAN hw acceleration */
12. #define NETIF_F_HW_VLAN_FILTER 512 /* Receive filtering on VLAN */
13. #define NETIF_F_VLAN_CHALLENGED 1024 /* Device cannot handle VLAN packets */
14. #define NETIF_F_GSO 2048 /* Enable software GSO. */
15. #define NETIF_F_LLTX 4096 /* LockLess TX - deprecated. Please */
16. /* do not use LLTX in new drivers */
17. #define NETIF_F_NETNS_LOCAL 8192 /* Does not change network namespaces */
18. #define NETIF_F_GRO 16384 /* Generic receive offload */
19. #define NETIF_F_LRO 32768 /* large receive offload */
20. #define NETIF_F_FCOE_CRC (1 << 24) /* FCoE CRC32 */
21. #define NETIF_F_SCTP_CSUM (1 << 25) /* SCTP checksum offload */
22. #define NETIF_F_FCOE_MTU (1 << 26) /* Supports max FCoE MTU, 2158 bytes*/
23. #define NETIF_F_NTUPLE (1 << 27) /* N-tuple filters supported */
24. #define NETIF_F_RXHASH (1 << 28) /* Receive hashing offload */
25. #define NETIF_F_GSO_SHIFT 16
26. #define NETIF_F_GSO_MASK 0x00ff0000
27. #define NETIF_F_TSO (SKB_GSO_TCPV4 << NETIF_F_GSO_SHIFT)
28. #define NETIF_F_UFO (SKB_GSO_UDP << NETIF_F_GSO_SHIFT)
29. #define NETIF_F_GSO_ROBUST (SKB_GSO_DODGY << NETIF_F_GSO_SHIFT)
30. #define NETIF_F_TSO_ECN (SKB_GSO_TCP_ECN << NETIF_F_GSO_SHIFT)
31. #define NETIF_F_TSO6 (SKB_GSO_TCPV6 << NETIF_F_GSO_SHIFT)
32. #define NETIF_F_FSO (SKB_GSO_FCOE << NETIF_F_GSO_SHIFT)
33. #define NETIF_F_GSO_SOFTWARE (NETIF_F_TSO | NETIF_F_TSO_ECN |
34. NETIF_F_TSO6 | NETIF_F_UFO)
35. #define NETIF_F_GEN_CSUM (NETIF_F_NO_CSUM | NETIF_F_HW_CSUM)
36. #define NETIF_F_V4_CSUM (NETIF_F_GEN_CSUM | NETIF_F_IP_CSUM)
37. #define NETIF_F_V6_CSUM (NETIF_F_GEN_CSUM | NETIF_F_IPV6_CSUM)
38. #define NETIF_F_ALL_CSUM (NETIF_F_V4_CSUM | NETIF_F_V6_CSUM)
39. #define NETIF_F_ONE_FOR_ALL (NETIF_F_GSO_SOFTWARE | NETIF_F_GSO_ROBUST |
40. NETIF_F_SG | NETIF_F_HIGHDMA |
41. NETIF_F_FRAGLIST)
（11）、分配net_device结构体及其私有数据时为对齐所需的填充位数目
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1. unsigned short padded;
（12）、其他信息
[cpp] view plain copy
1. //NETPOLL相关信息
2. struct netpoll_info *npinfo;
3. //网络命名空间
4. struct net *nd_net;
5. //中间层的私有数据
6. union {
7. void *ml_priv;
8. struct pcpu_lstats __percpu *lstats; /* loopback stats */
9. struct pcpu_tstats __percpu *tstats; /* tunnel stats */
10. struct pcpu_dstats __percpu *dstats; /* dummy stats */
11. };
12. //GARP协议相关
13. struct garp_port __rcu *garp_port;
14. //虚拟局域网相关
15. unsigned long vlan_features;
16. //GSO最大值
17. unsigned int gso_max_size;
18. //max exchange id for FCoE LRO by ddp
19. unsigned int fcoe_ddp_xid;
20. //PHY实例
21. struct phy_device *phydev;
2、网络设备的运行状态

（1）、网络设备物理上的工作状态
[cpp] view plain copy
1. unsigned long state;
2. /* state的可能取值如下：
3. enum netdev_state_t {
4. __LINK_STATE_START,
5. __LINK_STATE_PRESENT,
6. __LINK_STATE_NOCARRIER,
7. __LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING,
8. __LINK_STATE_DORMANT,
9. };
10. **/
（2）、网络设备通信模式或状态
[cpp] view plain copy
1. //它们的可能取值定义在linux-2.6.38.8/include/linux/if.h文件中。
2. unsigned int flags;
3. unsigned short gflags;
4. unsigned int priv_flags; //类似flags,但对用户空间不可见
（3）、统计信息
[cpp] view plain copy
1. struct net_device_stats stats;
2. //在接收过程中丢弃的数据包数目（在网络驱动中不使用此项）
3. atomic_long_t rx_dropped;
（4）、RFC2863协议相关
[cpp] view plain copy
1. //RFC 2863操作状态
2. unsigned char operstate;
3. /* operstate的可能取值如下：
4. enum {
5. IF_OPER_UNKNOWN,
6. IF_OPER_NOTPRESENT,
7. IF_OPER_DOWN,
8. IF_OPER_LOWERLAYERDOWN,
9. IF_OPER_TESTING,
10. IF_OPER_DORMANT,
11. IF_OPER_UP,
12. };
13. **/
14. //映射到RFC2863兼容状态的策略
15. unsigned char link_mode;
16. /* link_mode的可能取值如下：
17. enum {
18. IF_LINK_MODE_DEFAULT,
19. IF_LINK_MODE_DORMANT,
20. };
21. **/
（5）、传输超时
[cpp] view plain copy
1. //最后接收数据包的时间
2. unsigned long last_rx;
3. //最近传送数据包的时间
4. unsigned long trans_start;
5. //发生传输超时时，设置的标志
6. int watchdog_timeo;
7. //网络层设置的传送数据包超时的时钟
8. struct timer_list watchdog_timer;
（6）、设备注册/注销状态机
[cpp] view plain copy
1. enum { NETREG_UNINITIALIZED=0,
2. NETREG_REGISTERED, /* completed register_netdevice */
3. NETREG_UNREGISTERING, /* called unregister_netdevice */
4. NETREG_UNREGISTERED, /* completed unregister todo */
5. NETREG_RELEASED, /* called free_netdev */
6. NETREG_DUMMY, /* dummy device for NAPI poll */
7. } reg_state:16;
（7）、引用计数
[cpp] view plain copy
1. int __percpu *pcpu_refcnt;
（8）、分组状态
[cpp] view plain copy
1. struct net_device *master;
（9）、RTNL初始化状态
[cpp] view plain copy
1. enum {
2. RTNL_LINK_INITIALIZED,
3. RTNL_LINK_INITIALIZING,
4. } rtnl_link_state:16;
3、网络设备的操作函数
[cpp] view plain copy
1. //使用无线网络设备扩展功能的一组操作函数
2. const struct iw_handler_def * wireless_handlers;
3. //无线网络设备处理函数所使用的数据
4. struct iw_public_data * wireless_data;
5. //网络设备驱动程序需要实现的一组操作函数
6. const struct net_device_ops *netdev_ops;
7. //支持ethtool功能的一组操作函数
8. const struct ethtool_ops *ethtool_ops;
9. //数据链路层协议头相关的一组操作函数
10. const struct header_ops *header_ops;
11. //析构函数，注销网络设备时被调用
12. void (*destructor)(struct net_device *dev);
13. //rtnetlink操作函数
14. const struct rtnl_link_ops *rtnl_link_ops;
15. //DCB操作函数
16. const struct dcbnl_rtnl_ops *dcbnl_ops;
4、数据包的收发队列

（1）、接收队列
[cpp] view plain copy
1. //RPS(Receive Packet Steering)特性
2. struct kset *queues_kset;
3. struct netdev_rx_queue *_rx;
4. unsigned int num_rx_queues;
5. unsigned int real_num_rx_queues;
6. rx_handler_func_t __rcu *rx_handler;
7. void __rcu *rx_handler_data;
8. struct netdev_queue __rcu *ingress_queue;
（2）、发送队列
[cpp] view plain copy
1. struct netdev_queue *_tx ____cacheline_aligned_in_smp;
2. unsigned int num_tx_queues;
3. unsigned int real_num_tx_queues;
4. struct Qdisc *qdisc;
5. unsigned long tx_queue_len;
6. spinlock_t tx_global_lock;
7. //XPS(Transmit Packet Steering)特性
8. struct xps_dev_maps __rcu *xps_maps;
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