結構體 net_device常用成員分析
阿新 • • 發佈：2019-01-10
結構體net_device代表了一個網路裝置介面，它是我們理解網路裝置驅動程式的關鍵。這裡，我們選擇其中的一些重要成員，一一作詳細分析，並結合乙太網裝置，看看Linux核心是如何為乙太網裝置提供結構體中某些成員的預設值的。
在Linux核心原始碼中是這樣為這個結構體作註釋的：實際上，這個結構體是一個很大的錯誤，它把I/O資料和更高層的資料混合在一起，而且它幾乎必須知道INET模組中的每個資料結構。
毫無疑問，這是一個巨型結構體。但我們為編寫網路裝置驅動程式，只需要瞭解其中的一部分，下面選擇其中的一些作分析，並給出乙太網裝置的預設值。
unsigned short flags;
void (*set_multicast_list)(struct net_device *dev);
這是一個介面標誌，包含了很多值的位掩碼。在乙太網的預設初始化函式中，該標誌被設定為：IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST，表示乙太網卡是可廣播的，並且是能夠進行組播發送的。另外，該標誌介面還有一些只讀標誌，如IFF_UP，當介面被啟用並可以開始傳輸資料包時，核心設定該標誌。而IFF_PROMISC被設定或清除時，會呼叫set_multicast_list函式通知板卡上的硬體過濾器。
unsigned short hard_header_len;
unsigned short type;
hard_header_len是硬體頭的長度，在乙太網裝置的初始化函式中，該成員被賦為ETH_HLEN，即乙太網頭的長度，該值為14,下面是乙太網頭的定義：
struct ethhdr {
unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */
unsigned char h_source[ETH_ALEN]; /* source ether addr */
unsigned short h_proto; /* packet type ID field */
} __attribute__((packed));
ETH_ALEN被定義為6，即乙太網MAC地址的長度。h_proto儲存type的值。type是介面的硬體型別，乙太網裝置的初始化函式中將其賦值為ARPHRD_ETHER，即10Mb乙太網。
int (*hard_header) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
unsigned short type, void *daddr,void *saddr,
unsigned len);
該函式在資料被傳輸之前被呼叫，它根據先前檢索到的源和目標地址建立硬體頭。乙太網裝置的預設函式是eth_header:
int eth_header(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
unsigned short type, void *daddr,
void *saddr, unsigned len)
{
struct ethhdr *eth = (struct ethhdr *)skb_push(skb,ETH_HLEN);
/*
* Set the protocol type. For a packet of
* type ETH_P_802_3 we put the length
* in here instead. It is up to the 802.2
* layer to carry protocol information.
*/
if(type!=ETH_P_802_3)
eth->h_proto = htons(type);
else
eth->h_proto = htons(len);
//Set the source hardware address.
if(!saddr)
saddr = dev->dev_addr;
memcpy(eth->h_source,saddr,dev->addr_len);
//Anyway, the loopback-device should never
//use this function...
if (dev->flags & (IFF_LOOPBACK|IFF_NOARP)){
memset(eth->h_dest, 0, dev->addr_len);
return ETH_HLEN;
}
if(daddr){
memcpy(eth->h_dest,daddr,dev->addr_len);
return ETH_HLEN;
}
return -ETH_HLEN;
}
它根據傳入的引數建立乙太網頭，如果傳入的源地址為空，則使用裝置的地址作為源地址。與之相關的還有一個int (*rebuild_header)(struct sk_buff *skb)函式，在乙太網裝置中，它是用於在ARP地址解析完成以後，重新建立乙太網頭，主要是更新目標MAC地址，因為在前一次建立時，由於沒有經過 ARP協議，有可能目標MAC地址是錯誤的。
int (*set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr);
改變網絡卡的mac地址。實際上，許多硬體裝置介面根本不支援這種功能，就算支援，也需要硬體廠商提供的工具修改EPROM中的硬體地址。一般我們在某一作業系統下所謂的修改MAC地址，只是修改了作業系統在安裝網絡卡時從網絡卡EPROM中讀出來的值，如果系統被重灌，則MAC地址又恢復為原來的值。乙太網裝置的預設函式是eth_mac_addr，它只是簡單地修改了dev->dev_addr的值。
int (*hard_header_cache)(struct neighbour *neigh,struct hh_cache *hh);
void (*header_cache_update)(struct hh_cache *hh,struct net_device *dev,
unsigned char * haddr);
int (*hard_header_parse)(struct sk_buff *skb,unsigned char *haddr);
這三個函式在乙太網裝置介面中都有預設的值，hard_header_cache把硬體地址快取到struct hh_cache中；header_cache_update在地址發生變化中，更新hh_cache結構中的目標地址；而 hard_header_parse則從skb中的資料包中獲得源地址，並將其複製到位於haddr的緩衝區。
int (*change_mtu)(struct net_device *dev, int new_mtu);
下面是乙太網裝置介面的change_mtu的實現：
static int eth_change_mtu(struct net_device *dev, int new_mtu)
{
if ((new_mtu < 68) || (new_mtu > 1500))
return -EINVAL;
dev->mtu = new_mtu;
return 0;
}
在net_device中，還有很多網路驅動程式必須涉及的重要成員，隨著我們的8139too網絡卡驅動程式的進一步深入，在涉及時再作詳細分析。
在Linux核心原始碼中是這樣為這個結構體作註釋的：實際上，這個結構體是一個很大的錯誤，它把I/O資料和更高層的資料混合在一起，而且它幾乎必須知道INET模組中的每個資料結構。
毫無疑問，這是一個巨型結構體。但我們為編寫網路裝置驅動程式，只需要瞭解其中的一部分，下面選擇其中的一些作分析，並給出乙太網裝置的預設值。
unsigned short flags;
void (*set_multicast_list)(struct net_device *dev);
這是一個介面標誌，包含了很多值的位掩碼。在乙太網的預設初始化函式中，該標誌被設定為：IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST，表示乙太網卡是可廣播的，並且是能夠進行組播發送的。另外，該標誌介面還有一些只讀標誌，如IFF_UP，當介面被啟用並可以開始傳輸資料包時，核心設定該標誌。而IFF_PROMISC被設定或清除時，會呼叫set_multicast_list函式通知板卡上的硬體過濾器。
unsigned short hard_header_len;
unsigned short type;
hard_header_len是硬體頭的長度，在乙太網裝置的初始化函式中，該成員被賦為ETH_HLEN，即乙太網頭的長度，該值為14,下面是乙太網頭的定義：
struct ethhdr {
unsigned char h_dest[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */
unsigned char h_source[ETH_ALEN]; /* source ether addr */
unsigned short h_proto; /* packet type ID field */
} __attribute__((packed));
ETH_ALEN被定義為6，即乙太網MAC地址的長度。h_proto儲存type的值。type是介面的硬體型別，乙太網裝置的初始化函式中將其賦值為ARPHRD_ETHER，即10Mb乙太網。
int (*hard_header) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
unsigned short type, void *daddr,void *saddr,
unsigned len);
該函式在資料被傳輸之前被呼叫，它根據先前檢索到的源和目標地址建立硬體頭。乙太網裝置的預設函式是eth_header:
int eth_header(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev,
unsigned short type, void *daddr,
void *saddr, unsigned len)
{
struct ethhdr *eth = (struct ethhdr *)skb_push(skb,ETH_HLEN);
/*
* Set the protocol type. For a packet of
* type ETH_P_802_3 we put the length
* in here instead. It is up to the 802.2
* layer to carry protocol information.
*/
if(type!=ETH_P_802_3)
eth->h_proto = htons(type);
else
eth->h_proto = htons(len);
//Set the source hardware address.
if(!saddr)
saddr = dev->dev_addr;
memcpy(eth->h_source,saddr,dev->addr_len);
//Anyway, the loopback-device should never
//use this function...
if (dev->flags & (IFF_LOOPBACK|IFF_NOARP)){
memset(eth->h_dest, 0, dev->addr_len);
return ETH_HLEN;
}
if(daddr){
memcpy(eth->h_dest,daddr,dev->addr_len);
return ETH_HLEN;
}
return -ETH_HLEN;
}
它根據傳入的引數建立乙太網頭，如果傳入的源地址為空，則使用裝置的地址作為源地址。與之相關的還有一個int (*rebuild_header)(struct sk_buff *skb)函式，在乙太網裝置中，它是用於在ARP地址解析完成以後，重新建立乙太網頭，主要是更新目標MAC地址，因為在前一次建立時，由於沒有經過 ARP協議，有可能目標MAC地址是錯誤的。
int (*set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr);
改變網絡卡的mac地址。實際上，許多硬體裝置介面根本不支援這種功能，就算支援，也需要硬體廠商提供的工具修改EPROM中的硬體地址。一般我們在某一作業系統下所謂的修改MAC地址，只是修改了作業系統在安裝網絡卡時從網絡卡EPROM中讀出來的值，如果系統被重灌，則MAC地址又恢復為原來的值。乙太網裝置的預設函式是eth_mac_addr，它只是簡單地修改了dev->dev_addr的值。
int (*hard_header_cache)(struct neighbour *neigh,struct hh_cache *hh);
void (*header_cache_update)(struct hh_cache *hh,struct net_device *dev,
unsigned char * haddr);
int (*hard_header_parse)(struct sk_buff *skb,unsigned char *haddr);
這三個函式在乙太網裝置介面中都有預設的值，hard_header_cache把硬體地址快取到struct hh_cache中；header_cache_update在地址發生變化中，更新hh_cache結構中的目標地址；而 hard_header_parse則從skb中的資料包中獲得源地址，並將其複製到位於haddr的緩衝區。
int (*change_mtu)(struct net_device *dev, int new_mtu);
下面是乙太網裝置介面的change_mtu的實現：
static int eth_change_mtu(struct net_device *dev, int new_mtu)
{
if ((new_mtu < 68) || (new_mtu > 1500))
return -EINVAL;
dev->mtu = new_mtu;
return 0;
}
在net_device中，還有很多網路驅動程式必須涉及的重要成員，隨著我們的8139too網絡卡驅動程式的進一步深入，在涉及時再作詳細分析。