此处主要讲的是从数据来到，中断到最终数据包被处理的过程。
0：首先来介绍一下IO端口访问问题，内核提供了这样一组函数处理： // kernel/io.c中
>： inb( )、inw( )、inl( )函数
分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节。
后缀“b”、“w”、“l”分别代表一个字节（8位）、一个字（16位）以及一个长整型（32 位）。
>： inb_p( )、inw_p( )、inl_p( )
分别从I/O端口读取1、2或4个连续字节，然后执行一条 “空指令” 使CPU暂停。 p 可以理解成pause
>： outb( )、outw( )、outl( )
分别向一个I/O端口写入1、2或4个连续字节。
>： outb_p( )、outw_p( )、outl_p( )
分别向一个I/O端口写入1、2或4个连续字节，然后执行一条“空指令”指令使CPU暂停。
>： insb( )、insw( )、insl( )
分别从I/O端口读入以1、2或4个字节为一组的连续字节序列。字节序列的长度由该函数的参数给出。
>： outsb( )、outsw( )、outsl( )
分别向I/O端口写入以1、2或4个字节为一组的连续字节序列。
1：当一个中断来到，首先响应 net_interrupt 函数
/*
* The typical workload of the driver:
* Handle the network interface interrupts.
*/
static irqreturn_t net_interrupt(int irq, void *dev_id) // 注意参数是：中断号和设备id
{
struct net_device *dev = dev_id;
struct net_local *np;
int ioaddr, status;
int handled = 0;
ioaddr = dev->base_addr; // 设备的IO地址
np = netdev_priv(dev); // 得到dev私有数据
status = inw(ioaddr + 0); // 从端口读两个字节
if (status == 0)
goto out;
handled = 1;
if (status & RX_INTR) {
/* Got a packet(s). */
net_rx(dev); // 使用这个函数net_rx来获取一个数据包 -----> receive
} // 这个函数下面会说到
#if TX_RING
if (status & TX_INTR) { // 发送数据
/* Transmit complete. */
net_tx(dev); // 发送数据使用net_tx ------> transmit
np->stats.tx_packets++; // 计数
netif_wake_queue(dev); // 处理结束，唤醒下一个队列中等待者 }
#endif
if (status & COUNTERS_INTR)
{ /* Increment the appropriate 'localstats' field. */
np->stats.tx_window_errors++;
}
out:
return IRQ_RETVAL(handled); // 返回中断
}
2：下面 需要看一下接收数据包函数net_rx
/* We have a good packet(s), get it/them out of the buffers. */
static void
net_rx(struct net_device *dev) // 所谓接收数据包，其实就是构造skb数据结构 ^_^
{
struct net_local *lp = netdev_priv(dev);
int ioaddr = dev->base_addr;
int boguscount = 10;
do { // 下面是循环接收数据么
int status = inw(ioaddr); // 获取状态
int pkt_len = inw(ioaddr); // 获取包大小
if (pkt_len == 0) /* 全部接收 */
break; /* 可以结束 */
if (status & 0x40) { /* There was an error. */
lp->stats.rx_errors++;
if (status & 0x20) lp->stats.rx_frame_errors++;
if (status & 0x10) lp->stats.rx_over_errors++;
if (status & 0x08) lp->stats.rx_crc_errors++;
if (status & 0x04) lp->stats.rx_fifo_errors++;
} else {
/* Malloc up new buffer. */
struct sk_buff *skb;
lp->stats.rx_bytes+=pkt_len; // 接收的字节数+pkt_len
skb = dev_alloc_skb(pkt_len); // 需要接收多少bytes就分配多少空间给sk_buff
if (skb == NULL) { // 需要丢包
printk(KERN_NOTICE "%s: Memory squeeze, dropping packet.\n",
dev->name);
lp->stats.rx_dropped++; // 丢包数++
break;
}
skb->dev = dev; // 现在开始构建skb包
/* 'skb->data' points to the start of sk_buff data area. */
memcpy(skb_put(skb,pkt_len), (void*)dev->rmem_start, // 注意开始从dev向skb中放入数据，大小pkt_len
pkt_len);
/* or */
insw(ioaddr, skb->data, (pkt_len + 1) >> 1);
netif_rx(skb); // 这个函数很重要，下面会具体说~
dev->last_rx = jiffies; // 上一次rx的时间
lp->stats.rx_packets++; // 接收包数量++
lp->stats.rx_bytes += pkt_len; // 接收字节数+pkt_len
}
} while (--boguscount);
return;
}
先看几个函数：
local_irq_disable() , local_irq_enable() , local_irq_save() 和 local_irq_restore() 为中断处理函数，
主要是在要进入临界区时禁止中断和在出临界区时使能中断。
local_irq_disable() 和 local_irq_enable() 配对使用；
local_irq_save() 则和 local_irq_restore() 配对使用。
/**
* netif_rx - post buffer to the network code
* @skb: buffer to post
*
* This function receives a packet from a device driver and queues it for
* the upper (protocol) levels to process. It always succeeds. The buffer
* may be dropped during processing for congestion control or by the
* protocol layers.
*
* return values:
* NET_RX_SUCCESS (no congestion)
* NET_RX_DROP (packet was dropped)
*
*/
// 需要注意的是：这里是非NAPI方式下的函数
int netif_rx(struct sk_buff *skb) // 注意接收数据后将数据进行排队，然后给上层协议处理，不过也有可能因为拥塞之类丢包！
{
struct softnet_data *queue; // 每个cpu结构都有这样一个队列，这样在SMP之间就避免了枷锁操作，提高并发度
unsigned long flags;
/* if netpoll wants it, pretend we never saw it */
if (netpoll_rx(skb)) // 关于netpoll机制以后在讨论
return NET_RX_DROP;
if (!skb->tstamp.tv64)
net_timestamp(skb); // 设置包到达时间
/*
* The code is rearranged so that the path is the most
* short when CPU is congested, but is still operating.
*/
local_irq_save(flags); // 关中断，禁止中断
queue = &__get_cpu_var(softnet_data); // 取得当前CPU输入队列（得到CPU参数数据队列 softnet_data）
__get_cpu_var(netdev_rx_stat).total++; // 更新当前CPU接收到的帧的数量,包括接收的和丢弃的
if (queue->input_pkt_queue.qlen <= netdev_max_backlog) { // 每个CPU都有输入队列的最大长度,如果超过,则丢弃该数据帧
if (queue->input_pkt_queue.qlen) { // 如果队列中有元素
enqueue:
dev_hold(skb->dev); // 网络设备引用值++
__skb_queue_tail(&queue->input_pkt_queue, skb); // 将skb添加到队列的末尾（注意这里产生软中断NET_RX_SOFTIRQ，进一步处理包）
local_irq_restore(flags); // 开中断 // 同时需要知道：NET_RX_SOFTIRQ 是由net_rx_action函数处理
return NET_RX_SUCCESS; // 返回接收数据成功
}
napi_schedule(&queue->backlog); // 如果qlen=0，说明queue->backlog可能已经当前CPU的poll-list中移除了，要重新加入
goto enqueue; // list_add_tail(&n->poll_list, &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list);
} // 其实就是让后面action中循环能够找到这个设备，，，然后goto到上面重新将包放入队列
__get_cpu_var(netdev_rx_stat).dropped++; // 如果上面的没有执行成功，那么丢包数量++
local_irq_restore(flags); // 开中断 允许中断
kfree_skb(skb); // 因为丢包才能才第到此处，所以将skb free掉 return NET_RX_DROP; // 返回丢包 }
注意一个问题：上面在将包放进队列的过程中，是关了中断的，完成后开中断，但是在接收包的数据的时候并没有禁止中断，即收包的IRQ是不需要被禁用的。因为将包放入到cpu的等待队列不会耗时太长。这也说明，传统API只能适用与低速设备。
关于NAPI问题，请看：点击打开链接
简介：在没有NAPI的时候，都是通过中断系统来处理包的到达，这就才造成一个问题，当有很多很多短包蜂拥到达的时候，中断系统将会忙死，所以为了优化这种情况，加入NAPI，其实采用的是一种轮询方式。非NAPI方式是将数据放进CPU的队列中，而NAPI是有自己的私有队列的，可以说是自己的私有缓冲区！！！
下面来理清一下思路，在内核初始化的时候，对于每个CPU中的softnet_data都初始化了
static int __init net_dev_init(void)
{
int i, rc = -ENOMEM;
BUG_ON(!dev_boot_phase);
if (dev_proc_init()) // 不管
goto out;
if (netdev_kobject_init()) // 不管
goto out;
INIT_LIST_HEAD(&ptype_all);
for (i = 0; i < PTYPE_HASH_SIZE; i++) // 不管
INIT_LIST_HEAD(&ptype_base[i]);
if (register_pernet_subsys(&netdev_net_ops)) // 不管
goto out;
if (register_pernet_device(&default_device_ops)) // 不管
goto out;
/*
* Initialise the packet receive queues.初始化话数据包的接收队列
*/
for_each_possible_cpu(i) { // 对于每一个CPU都会进行处理
struct softnet_data *queue; // 每个CPU中都有这样一个结构
queue = &per_cpu(softnet_data, i); // 获得这个iCPU上面的softnet_data结构
skb_queue_head_init(&queue->input_pkt_queue); // 初始化接收数据队列
queue->completion_queue = NULL; // 暂无完成
INIT_LIST_HEAD(&queue->poll_list); // 初始化设备队列(注意poll_list在处理数据的时候会被遍历)
queue->backlog.poll = process_backlog; // 这个很重要！在以后的处理这个设备上的数据的时候使用这个函数，，，看下面
queue->backlog.weight = weight_p;
}
netdev_dma_register(); // 下面忽略
dev_boot_phase = 0;
open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action, NULL);
open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action, NULL);
hotcpu_notifier(dev_cpu_callback, 0);
dst_init();
dev_mcast_init();
rc = 0;
out:
return rc;
}
看看process_backlog函数：
static int process_backlog(struct napi_struct *napi, int quota) // 注意需要在下面更详细地说
{
int work = 0;
struct softnet_data *queue = &__get_cpu_var(softnet_data);
unsigned long start_time = jiffies;
napi->weight = weight_p;
do {
struct sk_buff *skb;
struct net_device *dev;
local_irq_disable();
skb = __skb_dequeue(&queue->input_pkt_queue); // 从队里获取一个skb
if (!skb) {
__napi_complete(napi); // 如果队列已经空了，那么其实就是将napi的poll_list从CPU的那个结构中移除
local_irq_enable();
break;
}
local_irq_enable();
dev = skb->dev;
netif_receive_skb(skb); // 下面处理接收数据(当然这里需要在下面更详细地说)
dev_put(dev);
} while (++work < quota && jiffies == start_time);// 需要注意的是：退出有两情况：当处理完所有skb 或者 分配时间达到 。
return work;
}
// 看一下softnet_data结构体
struct softnet_data
{
struct net_device *output_queue; // 网络设备发送队列的头
struct sk_buff_head input_pkt_queue; // 接收缓冲区的sk_buff队列
struct list_head poll_list; // poll设备队列头
struct sk_buff *completion_queue; // 完成发送数据包，等待释放的队列
struct napi_struct backlog; // NAPI结构
#ifdef CONFIG_NET_DMA
struct dma_chan *net_dma;
#endif
};
4：放进队列之后该怎么处理呢？是不是要开始处理数据了。。。net_rx_action现在出现！
注意接收到的数据在两个地方等待net_rx_action来处理：
1：对于非NAPI方式来说，我们需要从CPU的softnet_data->input_pkt_queue中取得数据。
2：对于NAPI方式，前面说过有自己的缓冲区，那么poll函数从设备缓存读取数据。
下面看代码：
static void net_rx_action(struct softirq_action *h)
{
struct list_head *list = &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list; // 获取设备列表
unsigned long start_time = jiffies; // 获取当前时间戳
int budget = netdev_budget;
void *have;
local_irq_disable(); // 禁止中断
while (!list_empty(list)) { // 对每一个设备进行循环处理一次，看是否有设备等待轮询取得数据
struct napi_struct *n;
int work, weight;
/* If softirq window is exhuasted then punt.
*
* Note that this is a slight policy change from the
* previous NAPI code, which would allow up to 2
* jiffies to pass before breaking out. The test
* used to be "jiffies - start_time > 1".
*/
if (unlikely(budget <= 0 || jiffies != start_time)) // 保证当前的 POLL 过程的时间不超过一个时间片，这样不至于被软中断占用太多的时间
goto softnet_break;
local_irq_enable(); // 开中断
/* Even though interrupts have been re-enabled, this
* access is safe because interrupts can only add new
* entries to the tail of this list, and only ->poll()
* calls can remove this head entry from the list.
*/
n = list_entry(list->next, struct napi_struct, poll_list); // 从softnet_data 数据结构中的轮循队列上获得等待轮循的napi_struct结构
have = netpoll_poll_lock(n); // 锁定该 struct napi_struct ，并且记录当前调度的CPU
weight = n->weight;
/* This NAPI_STATE_SCHED test is for avoiding a race
* with netpoll's poll_napi(). Only the entity which
* obtains the lock and sees NAPI_STATE_SCHED set will
* actually make the ->poll() call. Therefore we avoid
* accidently calling ->poll() when NAPI is not scheduled.
*/
work = 0;
if (test_bit(NAPI_STATE_SCHED, &n->state)) // !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
work = n->poll(n, weight); // !!!这里相当重要！根据weight调用想要的poll函数！
// 之前说过如果低非NAPI，那么使用的是初始化时候的即process_backlog函数
WARN_ON_ONCE(work > weight); // 如果是NAPI函数，那么就是自己的poll函数处理
// 那么又要返回上面看process_backlog函数（往下看~~~~有重写）
budget -= work;
local_irq_disable();
/* Drivers must not modify the NAPI state if they
* consume the entire weight. In such cases this code
* still "owns" the NAPI instance and therefore can
* move the instance around on the list at-will.
*/
if (unlikely(work == weight)) {
if (unlikely(napi_disable_pending(n)))
__napi_complete(n);
else
list_move_tail(&n->poll_list, list);
}
netpoll_poll_unlock(have);
}
out:
local_irq_enable();
#ifdef CONFIG_NET_DMA
/*
* There may not be any more sk_buffs coming right now, so push
* any pending DMA copies to hardware
*/
if (!cpus_empty(net_dma.channel_mask)) {
int chan_idx;
for_each_cpu_mask(chan_idx, net_dma.channel_mask) {
struct dma_chan *chan = net_dma.channels[chan_idx];
if (chan)
dma_async_memcpy_issue_pending(chan);
}
}
#endif
return;
softnet_break:
__get_cpu_var(netdev_rx_stat).time_squeeze++;
__raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ);
goto out;
}
注意看下面的部分代码：基本的意思就是从CPU这个softnet_data的字段input_pkt_queue队列中不断的取和当前napi_struct相关的数据包，每次获取一个数据包那么就使用函数netif_receive_skb函数处理！这个函数也是非常重要的！下面再说...如果没有的话，那么就是__napi_complete函数将这个napi_struct移除polllist，以免下次被循环到没有数据。
do {
struct sk_buff *skb;
struct net_device *dev;
local_irq_disable();
skb = __skb_dequeue(&queue->input_pkt_queue); // 出来一个数据
if (!skb) { // 如果是null，那么队列空，移除设备
__napi_complete(napi);
local_irq_enable();
break;
}
local_irq_enable();
dev = skb->dev; // 获取这个包对应的设备
netif_receive_skb(skb); // 这个函数最重要！下面分析！！！！！！！！
dev_put(dev);
} while (++work < quota && jiffies == start_time);
看netif_receive_skb函数！netif_receive_skb是链路层接收数据报的最后一站！！！
/**
* netif_receive_skb - process receive buffer from network
* @skb: buffer to process
*
* netif_receive_skb() is the main receive data processing function.
* It always succeeds. The buffer may be dropped during processing
* for congestion control or by the protocol layers.
*
* This function may only be called from softirq context and interrupts
* should be enabled.
*
* Return values (usually ignored):
* NET_RX_SUCCESS: no congestion
* NET_RX_DROP: packet was dropped
*/
int netif_receive_skb(struct sk_buff *skb) // 注意这个函数可能要被很多人处理，因为可以注册多个协议进行处理
{
struct packet_type *ptype, *pt_prev;
struct net_device *orig_dev;
int ret = NET_RX_DROP;
__be16 type;
/* if we've gotten here through NAPI, check netpoll */
if (netpoll_receive_skb(skb))
return NET_RX_DROP;
if (!skb->tstamp.tv64)
net_timestamp(skb); // 更新时间
if (!skb->iif) // 设备的(idx)编号
skb->iif = skb->dev->ifindex;
orig_dev = skb_bond(skb); // 可以展开成 orig_dev = skb->dev；skb->dev = skb->dev->master；
// 不是很懂～ （处理路由聚合问题）
if (!orig_dev)
return NET_RX_DROP;
__get_cpu_var(netdev_rx_stat).total++; // cpu统计
skb_reset_network_header(skb); // 网络层头（校准头指针）
skb_reset_transport_header(skb); // 传输层头（校准头指针）
skb->mac_len = skb->network_header - skb->mac_header; // 注意mac层长度就是网络层的头---->mac层头之间部分！
pt_prev = NULL;
rcu_read_lock();
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
if (skb->tc_verd & TC_NCLS) {
skb->tc_verd = CLR_TC_NCLS(skb->tc_verd);
goto ncls;
}
#endif // 下面类似于协议嗅探器，因为是ETH_p_all类型
// 这位部分代码是核心代码哦！ 以下的代码用于在协议链上寻找匹配的协议（在ptype_all中找）
list_for_each_entry_rcu(ptype, &ptype_all, list) { // 这里需要先理解一下packet_type结构体，goto到下面先看看！！！！
if (!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev) { // 这个地方在下面有解释
if (pt_prev)
ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); // 此处找到的是ETH_P_ALL类型协议（如果有注册）
pt_prev = ptype;
}
}
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
skb = handle_ing(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev);
if (!skb)
goto out;
ncls:
#endif
// 若编译内核时选上BRIDGE，下面会执行网桥模块
skb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); // 进入桥进行二层处理,如果返回skb == NULL,说明skb 被直接二层转发走了，不用再送网络层了，函数直接返回
if (!skb) // 包是否被桥转发走了 ( 具体的后来在分析 )
goto out;
skb = handle_macvlan(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); // 编译内核时选上MAC_VLAN模块，下面才会执行
if (!skb) // 同样如果被vlan消耗，那么无需往上面协议层传递了~！直接退出返回
goto out;
// 注意哦：如果数据包在上面没有被处理掉，那么说明要传递到上面一层即ip层进行处理 // 注意在I派层处理有两种情况：还要往上面一层即TCP层传递，或者直接ARP处理
// 这位部分代码是核心代码哦！ 以下的代码用于在协议链上寻找匹配的协（在ptype_base hash表中找）
type = skb->protocol;
list_for_each_entry_rcu(ptype,
&ptype_base[ntohs(type) & PTYPE_HASH_MASK], list) { // 这里面匹配的类型就是ip层一些协议的类型
if (ptype->type == type &&
(!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)) {
if (pt_prev)
ret = deliver_skb(skb, pt_prev, orig_dev); // 进行处理~~~~
pt_prev = ptype;
}
}
if (pt_prev) {
ret = pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);
} else {
kfree_skb(skb);
/* Jamal, now you will not able to escape explaining
* me how you were going to use this. :-)
*/
ret = NET_RX_DROP;
}
out:
rcu_read_unlock();
return ret;
}
packet_type 结构体看看
struct packet_type {
__be16 type; /* This is really htons(ether_type). */ // 成员保存了二层协议类型，ETH_P_IP、ETH_P_ARP，ETH_P_ALL
struct net_device *dev; /* NULL is wildcarded here */
int (*func) (struct sk_buff *, // 成员就是钩子函数了，如 ip_rcv()、arp_rcv()等等
struct net_device *,
struct packet_type *,
struct net_device *);
struct sk_buff *(*gso_segment)(struct sk_buff *skb,
int features);
int (*gso_send_check)(struct sk_buff *skb);
void *af_packet_priv;
struct list_head list;
};
注意：所有协议的packet_type存放在两条协议链中，ptype_base和ptype_all，ptype_base 为哈希链表，ptype_all为双向链.
系统使用dev_add_pack函数将指定协议类型的packet_type添加到这两个表中。
》 对于ETH_P_ALL类型的数据报文将在ptype_all表中找到自己对应的packet_type结构。
系统只有创建了一个PF_PACKE类型的socket才会将一个packet_type结构加到ptype_all链表中。
》 对于ETH_P_IP和ETH_P_ARP可以在ptype_base中找到自己的packet_type结构。
如果协议类型是ETH_P_IP那么func函数就是ip_rcv
如果协议类型是ETH_P_ARP那么func函数就是arp_rcv
OK，现在说说deliver_skb函数：
static inline int deliver_skb(struct sk_buff *skb,
struct packet_type *pt_prev,
struct net_device *orig_dev)
{
atomic_inc(&skb->users);
return pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev); // 调用的还是对应的不同协议的func函数
}
最终还是调用了func函数了，下面注意：主要说将数据包传递给ip层进行处理，所以看看 ip_rcv
ip_rcv是怎么和ETH_P_IP关联起来的，这个我们上面说过这个packet_type结构，这个结构是保存不同协议和自己的处理函数func的，那么这个结构体有自己的处理方法：
static struct packet_type arp_packet_type __read_mostly = {
.type = cpu_to_be16(ETH_P_ARP),
.func = arp_rcv, // 关联上
};
static struct packet_type ip_packet_type __read_mostly = {
.type = cpu_to_be16(ETH_P_IP),
.func = ip_rcv, // 关联上
.gso_send_check = inet_gso_send_check,
.gso_segment = inet_gso_segment,
.gro_receive = inet_gro_receive,
.gro_complete = inet_gro_complete,
};
下面就来看看ip_rcv函数~~~~
请看另一篇blog~~~~~待续哦~~~~