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[系统运维]linux内核网络收包过程—网络子系统与协议栈初始化

目录

网络收包过程

创建ksoftirqd内核线程

网络子系统初始化

协议栈注册

网卡驱动初始化

启动网卡


网络收包过程

1,数据帧从外部网络到达网卡

2,网卡把帧使用DMA方式搬到内存

3,硬中断通知CPU

4,CPU响应硬中断,通知软中断处理数据

5,ksoftirqd内核进程处理软中断,调用网卡驱动注册的poll函数开始收包

6,帧从Ring buffer上取出

7,协议层处理网络帧将数据data放到socket接收队列中


创建ksoftirqd内核线程

软中断在内核线程ksoftirqd中进行 [kernel/softirq.c]

static struct smp_hotplug_thread softirq_threads = {
	.store			= &ksoftirqd,
	.thread_should_run	= ksoftirqd_should_run,
	.thread_fn		= run_ksoftirqd,
	.thread_comm		= "ksoftirqd/%u",
};

static __init int spawn_ksoftirqd(void)
{
	cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_SOFTIRQ_DEAD, "softirq:dead", NULL,
				  takeover_tasklets);
	BUG_ON(smpboot_register_percpu_thread(&softirq_threads));

	return 0;
}
early_initcall(spawn_ksoftirqd);

ksoftirqd被创建出来以后,进入循环函数ksoftirqd_should_run与run_ksoftirqd,判断有没有软中断需要被处理。


网络子系统初始化

static int __init net_dev_init(void)
{

	for_each_possible_cpu(i) {
		struct work_struct *flush = per_cpu_ptr(&flush_works, i);
		struct softnet_data *sd = &per_cpu(softnet_data, i);

		skb_queue_head_init(&sd->input_pkt_queue);
		skb_queue_head_init(&sd->process_queue);
	}
...
	open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);
	open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);
}

subsys_initcall(net_dev_init);

open_softirq注册软中断NET_TX_SOFTIRQ发送与NET_RX_SOFTIRQ接收。

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))
{
	softirq_vec[nr].action = action;
}

softirq_vec中断向量,根据软中断枚举,注册相应的函数。


协议栈注册

网络层ip协议,传输层tcp/udp协议

static struct packet_type ip_packet_type __read_mostly = {
	.type = cpu_to_be16(ETH_P_IP),
	.func = ip_rcv,
	.list_func = ip_list_rcv,
};

static struct net_protocol tcp_protocol = {
	.early_demux	=	tcp_v4_early_demux,
	.early_demux_handler =  tcp_v4_early_demux,
	.handler	=	tcp_v4_rcv,
	.err_handler	=	tcp_v4_err,
	.no_policy	=	1,
	.netns_ok	=	1,
	.icmp_strict_tag_validation = 1,
};

static struct net_protocol udp_protocol = {
	.early_demux =	udp_v4_early_demux,
	.early_demux_handler =	udp_v4_early_demux,
	.handler =	udp_rcv,
	.err_handler =	udp_err,
	.no_policy =	1,
	.netns_ok =	1,
};

static int __init inet_init(void)
{

    //注册tcp_port
	rc = proto_register(&tcp_prot, 1);

    //注册udp_port
	rc = proto_register(&udp_prot, 1);

...

    //注册udp协议
	if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0)
		pr_crit("%s: Cannot add UDP protocol\n", __func__);
    //注册tcp协议
	if (inet_add_protocol(&tcp_protocol, IPPROTO_TCP) < 0)
		pr_crit("%s: Cannot add TCP protocol\n", __func__);


	dev_add_pack(&ip_packet_type);

}

?先看一下inet_add_protocol

struct net_protocol __rcu *inet_protos[MAX_INET_PROTOS] __read_mostly;

 inet_add_protocol(const struct net_protocol *prot, unsigned char protocol)
{
...
	return !cmpxchg((const struct net_protocol **)&inet_protos[protocol],
			NULL, prot) ? 0 : -1;
}

inet_add_protocol将tcp,udp相应的函数注册到inet_protos数组中。即inet_protos 记录着 udp,tcp 的处理函数地址

再看一下dev_add_pack

void dev_add_pack(struct packet_type *pt)
{
	struct list_head *head = ptype_head(pt);
...
}

static inline struct list_head *ptype_head(const struct packet_type *pt)
{
	if (pt->type == htons(ETH_P_ALL))
		return pt->dev ? &pt->dev->ptype_all : &ptype_all;
	else
		return pt->dev ? &pt->dev->ptype_specific :
				 &ptype_base[ntohs(pt->type) & PTYPE_HASH_MASK];
}
ptype_base 存储着ip_rcv() 函数的处理地址。

网卡驱动初始化

驱动程序会使? module_init 向内核注册?个初始化函数,以igb网卡驱动为例

static struct pci_driver igb_driver = {
	.name     = igb_driver_name,
	.id_table = igb_pci_tbl,
	.probe    = igb_probe,
	.remove   = igb_remove,
...
};
static int __init igb_init_module(void)
{
	int ret;
	ret = pci_register_driver(&igb_driver);
	return ret;
}
module_init(igb_init_module);
当网卡设备被识别后,内核会调用其驱动probe方法(igb_probe)
static int igb_probe(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent)
{

    //DMA初始化
	err = dma_set_mask_and_coherent(&pdev->dev, DMA_BIT_MASK(64));

    //ethools注册igb_netdev_ops
	netdev->netdev_ops = &igb_netdev_ops;
	igb_set_ethtool_ops(netdev);

	err = igb_sw_init(adapter);

    //注册netdev
	err = register_netdev(netdev);

	dev_pm_set_driver_flags(&pdev->dev, DPM_FLAG_NEVER_SKIP);

}

igb_sw_init-> igb_init_interrupt_scheme->igb_alloc_q_vectors->igb_alloc_q_vector

static int igb_alloc_q_vector(struct igb_adapter *adapter,
			      int v_count, int v_idx,
			      int txr_count, int txr_idx,
			      int rxr_count, int rxr_idx)
{


	netif_napi_add(adapter->netdev, &q_vector->napi,
		       igb_poll, 64);
...

}

NAPI 机制所必须的 poll 函数,对于 igb ?卡驱动来说是 igb_poll。

启动网卡

当启??个?卡时(例通过 ifconfig eth0 up ),net_device_ops 中的 igb_open ?法会被调?
  1. 启动网卡
  2. 分配RX TX队列内存
  3. 调用net_device_ops中注册open等函数
  4. 注册中断处理函数
  5. 开硬中断,等待数据包
static int __igb_open(struct net_device *netdev, bool resuming)
{

	/* allocate transmit descriptors */
	err = igb_setup_all_tx_resources(adapter);

	/* allocate receive descriptors */
	err = igb_setup_all_rx_resources(adapter);

    //处理中断
	err = igb_request_irq(adapter);

    //使能napi
	for (i = 0; i < adapter->num_q_vectors; i++)
		napi_enable(&(adapter->q_vector[i]->napi));

	...
	return 0;

}

中断处理igb_request_irq

static int igb_request_irq(struct igb_adapter *adapter)
{
	struct net_device *netdev = adapter->netdev;
	struct pci_dev *pdev = adapter->pdev;
	int err = 0;

	if (adapter->flags & IGB_FLAG_HAS_MSIX) {
		err = igb_request_msix(adapter);
        ...
	}
...
}

static int igb_request_msix(struct igb_adapter *adapter)
{

	for (i = 0; i < adapter->num_q_vectors; i++) {
		struct igb_q_vector *q_vector = adapter->q_vector[i];
		vector++;
		err = request_irq(adapter->msix_entries[vector].vector,
				  igb_msix_ring, 0, q_vector->name,
				  q_vector);
	}

	igb_configure_msix(adapter);
	return 0;
...
}

igb_request_msix 中对于多队列的?卡,为每?个队列都注册了中断,其对应的中断处理函数为?igb_msix_ring。
参考
https://course.0voice.com/v1/course/intro?courseId=2&agentId=0

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加:2022-05-24 18:35:01  更:2022-05-24 18:35:14 
 
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