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Linux系統網路裝置啟動和禁止“ifconfig eth0 up/down”命令的跟蹤

阿新 • • 發佈：2019-01-08

前面文章講了Linux系統的ethtool框架的一些東西，是從使用者空間可以直觀認識到的地方入手。同樣，本文從Linux系統絕大部分人都熟悉的“ifconfig eth0 up”命令來跟蹤一下此命令在核心中的發生了什麼事情。由於ifconfig啟動(up)和禁止(down)網路裝置很相似，就放到一起講了。

首先從ifconfig的原始碼入手，我下載的原始碼地址是http://www.tazenda.demon.co.uk/phil/net-tools/。這個網站上還有大量很有用的工具的原始碼，原始碼分佈符合Linux的系統目錄，有興趣的可以去看看。

在我們輸入up或down時，對應的程式碼如下：

main()
{
     if (!strcmp(*spp, "up")) {
         goterr |= set_flag(ifr.ifr_name, (IFF_UP | IFF_RUNNING));
         spp++;
         continue;
     }
     if (!strcmp(*spp, "down")) {
         goterr |= clr_flag(ifr.ifr_name, IFF_UP);
         spp++;
         continue;
     }
}

很簡單，就是根據使用者的輸入來標誌IFF_UP參考。當up時，使用set_flag置位IFF_UP和IFF_RUNNING，當down時，使用clr_flag清除IFF_UP。Linux的這種思想值得學習，其實對於核心來講，真的就是通過IFF_UP標誌來判斷網絡卡的使能和禁止的。

來看設定標誌的set_flag函式：

static int set_flag(char *ifname, short flag)
{
    struct ifreq ifr;

    safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
     fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),
          ifname,     strerror(errno));
     return (-1);
    }
    safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    ifr.ifr_flags |= flag;
    if (ioctl(skfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
     perror("SIOCSIFFLAGS");
     return -1;
    }
    return (0);
}

以及清除標誌的clr_flag函式：

static int clr_flag(char *ifname, short flag)
{
    struct ifreq ifr;
    int fd;

    if (strchr(ifname, ':')) {
        /* This is a v4 alias interface.  Downing it via a socket for
        another AF may have bad consequences. */
        fd = get_socket_for_af(AF_INET);
     if (fd < 0) {
         fprintf(stderr, _("No support for INET on this system.\n"));
         return -1;
     }
    } else
        fd = skfd;

    safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
     fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),
          ifname, strerror(errno));
     return -1;
    }
    safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    ifr.ifr_flags &= ~flag;
    if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
     perror("SIOCSIFFLAGS");
     return -1;
    }
    return (0);
}

觀察這兩個函式，最後都是使用SIOCSIFFLAGS命令和核心互動。我們找到這個命令的使用地方，它位於net/core/dev.c檔案，如下：

int dev_ioctl(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *arg)
{
     case SIOCSIFFLAGS:
     case SIOCSIFMETRIC:
     case SIOCSIFMTU:
     case SIOCSIFMAP:
     case SIOCSIFHWADDR:
     case SIOCSIFSLAVE:
     case SIOCADDMULTI:
     case SIOCDELMULTI:
     case SIOCSIFHWBROADCAST:
     case SIOCSIFTXQLEN:
     case SIOCSMIIREG:
     case SIOCBONDENSLAVE:
     case SIOCBONDRELEASE:
     case SIOCBONDSETHWADDR:
     case SIOCBONDCHANGEACTIVE:
     case SIOCBRADDIF:
     case SIOCBRDELIF:
     case SIOCSHWTSTAMP:
          if (!capable(CAP_NET_ADMIN))
               return -EPERM;
          /* fall through */
     case SIOCBONDSLAVEINFOQUERY:
     case SIOCBONDINFOQUERY:
          dev_load(net, ifr.ifr_name);
          rtnl_lock();
          ret = dev_ifsioc(net, &ifr, cmd);
          rtnl_unlock();
          return ret;
}

SIOCSIFFLAGS會呼叫到dev_ifsioc函式：

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

繼續跟進dev_change_flags函式：

int dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned flags)
{
     int ret, changes;
     int old_flags = dev->flags;

     ret = __dev_change_flags(dev, flags); // 開啟裝置
     if (ret < 0)
          return ret;

     changes = old_flags ^ dev->flags;
     if (changes)
          rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, changes); // 暫未了解

     __dev_notify_flags(dev, old_flags); // 向通道鏈netdev_chain發出通知
     return ret;
}

真正幹活的是__dev_change_flags函式：

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

根據標誌選擇開啟裝置__dev_open或關閉__dev_close。在同一檔案還有dev_open或dev_close，我發現它們使用了EXPORT_SYMBOL匯出，供給其它模組使用，但在這裡，是使用了__dev_XX函式的。

開啟函式如下：

static int __dev_open(struct net_device *dev)
{
	const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;
	int ret;

	ASSERT_RTNL();

	/*
	 *	Is it even present?
	 */
	if (!netif_device_present(dev))
		return -ENODEV;

	ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev);
	ret = notifier_to_errno(ret);
	if (ret)
		return ret;

	/*
	 *	Call device private open method
	 */
	set_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);

	if (ops->ndo_validate_addr)
		ret = ops->ndo_validate_addr(dev);

	if (!ret && ops->ndo_open)
		ret = ops->ndo_open(dev);

	/*
	 *	If it went open OK then:
	 */

	if (ret)
		clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);

	return ret;
}

在真正呼叫具體驅動的介面前，先發NETDEV_PRE_UP給到通知鏈，再置__LINK_STATE_START，然後才呼叫驅動的ndo_open介面，最後需要清除__LINK_STATE_START標誌。

關閉函式如下：

static int __dev_close(struct net_device *dev)
{
	const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;

	ASSERT_RTNL();
	might_sleep();

	/*
	 *	Tell people we are going down, so that they can
	 *	prepare to death, when device is still operating.
	 */
	call_netdevice_notifiers(NETDEV_GOING_DOWN, dev);

	clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);

	/* Synchronize to scheduled poll. We cannot touch poll list,
	 * it can be even on different cpu. So just clear netif_running().
	 *
	 * dev->stop() will invoke napi_disable() on all of it's
	 * napi_struct instances on this device.
	 */
	smp_mb__after_clear_bit(); /* Commit netif_running(). */

	dev_deactivate(dev);

	/*
	 *	Call the device specific close. This cannot fail.
	 *	Only if device is UP
	 *
	 *	We allow it to be called even after a DETACH hot-plug
	 *	event.
	 */
	if (ops->ndo_stop)
		ops->ndo_stop(dev);

	/*
	 *	Device is now down.
	 */

	dev->flags &= ~IFF_UP;

	return 0;
}

在真正呼叫具體驅動的介面前，先發NETDEV_GOING_DOWN給到通知鏈，表示網路裝置準備掛了，再清除__LINK_STATE_START標誌，然後才呼叫驅動的ndo_stop介面，最後需要清除IFF_UP。

經過核心的層層結構，條條框框，終於到了具體的驅動了，上面的函式使用的介面實際上是net_device_ops結構體的函式指標，還是以igb驅動為例，賦值如下：

static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = {
	.ndo_open		= igb_open,
	.ndo_stop		= igb_close,
	.ndo_start_xmit		= igb_xmit_frame_adv,
	.ndo_get_stats64	= igb_get_stats64,
	.ndo_set_rx_mode	= igb_set_rx_mode,
	.ndo_set_multicast_list	= igb_set_rx_mode,
	.ndo_set_mac_address	= igb_set_mac,
	.ndo_change_mtu		= igb_change_mtu,
	.ndo_do_ioctl		= igb_ioctl,
	.ndo_tx_timeout		= igb_tx_timeout,
	.ndo_validate_addr	= eth_validate_addr,
	.ndo_vlan_rx_register	= igb_vlan_rx_register,
	.ndo_vlan_rx_add_vid	= igb_vlan_rx_add_vid,
	.ndo_vlan_rx_kill_vid	= igb_vlan_rx_kill_vid,
	.ndo_set_vf_mac		= igb_ndo_set_vf_mac,
	.ndo_set_vf_vlan	= igb_ndo_set_vf_vlan,
	.ndo_set_vf_tx_rate	= igb_ndo_set_vf_bw,
	.ndo_get_vf_config	= igb_ndo_get_vf_config,
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
	.ndo_poll_controller	= igb_netpoll,
#endif
};

我們看到最開始的2個函式就是開啟和關閉。在igb_probe函式對igb_netdev_ops進行賦值：

netdev->netdev_ops = &igb_netdev_ops;
至此，整個過程分析完畢。

文中涉及到通知鏈，網路裝置通知鏈netdev_chain，這個還沒研究過，這裡簡單列一下：
// 宣告通知連結串列
static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);

//註冊
int register_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
{
raw_notifier_chain_register(&netdev_chain, nb);
}

登出：
int unregister_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
{
     int err;
     err = raw_notifier_chain_unregister(&netdev_chain, nb);
}

31號的PS：

寫完後想一想，感覺沒到分析徹底，因為到具體的驅動後幹了些什麼還沒跟蹤，於是又花了點時間跟蹤一下。我跟蹤的是ti的網絡卡驅動，主要實現程式碼在cpsw.c檔案，在http://lxr.oss.org.cn/source/drivers/net/ethernet/ti/?v=3.17可以找到。下面列出啟動網絡卡時的過程的重要函式呼叫：

   > cpsw_ndo_open
   > cpsw_slave_open
      > phy_connect (傳遞cpsw_adjust_link)
         > phy_connect_direct （PHY_READY）
         >  phy_prepare_link (賦值cpsw_adjust_link為adjust_link)
         > phy_start_machine
     > phy_start (PHY_READY變成PHY_UP)
phy_start之後進入了phy驅動重要的狀態判斷函式phy_state_machine，phy驅動有一個工作佇列就是呼叫這個函式的，這個函式判斷了網路各種狀態：PHY_DOWN、PHY_UPPHY_AN、PHY_NOLINK，等，並做出對應的動作。我們設定了PHY_UP，則函式過程如下：
phy_state_machine
 > phy_start_aneg
  > config_aneg
  > genphy_config_aneg（實際上是這個函式，由phy驅動賦值的）
到了genphy_config_aneg這個函式，就是直接和phy晶片打交道了，讀phy暫存器、寫phy暫存器。預設情況下會進行自動協商(其實就是寫phy的第0個暫存器)，當然，如果不是，即phy_device成員變數autoneg是AUTONEG_DISABLE，則會強制設定指定的速率、雙工模式。


至此，就不再繼續分析、跟蹤了。

2015.3.30 李遲

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linux基礎運維學習一、延時任務 在Linux中延時任務是臨時的，可以指定某一個任務在將來的特定時間運行1、at命令 基本操作格式：[[email protected]/* */ ~]# at now+1min at> date<EOT> #EOT代表Ctrl+D來保存

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