Linux网络设备驱动学习笔记(-)

Linux网络设备驱动程序体系结构

从上到下：网络协议接口层-->网络设备结构层-->设备驱动实现层-->网络设备与媒介层

记忆方法：
分三层，1、最上面理解为我们用的网络传输方法，就是网络协议，2、最下面就是物理硬件，即网络设备层，3、中间是一层，设备驱动，然后拆成2部分，上部分是结构（层），下部分是结构中函数的实现（层）。

功能描述：
网络协议接口层
dev_queue_xmit() 发送数据， netif_rx() 接收数据。
网络设备结构层
有一个结构net_device
设备驱动实现层
net_device里的函数实现， 通过hard_start_xmit()启动发送操作，通过中断触发接收操作。
网络设备与媒介层
哪里管的了那么多，不理它硬件怎么实现的。

网络协议接口层

有一个NB的结构体:sk_buff，叫做：套接字缓冲区，各层之间数据传输都靠他。
dev_queue_xmit()、netif_rx()的参数都是只是sk_buff。
函数原型：
dev_queue_xmit(struct sk_buff *sb ); //sb实际是 skb，少写一个k助记
netif_rx(struct sk_buff sk_buff *sb); //同上

sk_buff 内容详解

1 协议头 ，有好多好多协议要使用，所以协议头是必要滴，当然不能同时使用TCP/IP UDP或者其他什么协议，所以把头结构定义成联合体。
2 数据缓冲区：要搞个地方放数据，要功能强大必须能找到各需要的位置比如：头、尾… 所以在sk_buff中定义了4个指针：head、 data、tail、end。指向数据缓冲区。
head：缓冲区起始地址，sk_buff 一旦创建，head数据就固定了。
data：当前层的有效数据起始地址
tail： 有效数据的结尾地址，和data对应
end：缓冲区的结尾地址，sk_buff 一旦创建，end数据就固定了。
3 长度信息
len:数据包有效数据长度，包括协议头和负载（Payload？）
data_len:记录分片的数据长度,数据包的有效数据是分成几片存在不同的内存空间中，每片空间最大是一页。
truesize：缓冲区的整体长度，即：sizeof(struct sk_buff)+（传入alloc_sdb()或dev_alloc_skb()函数的长度）--说实话不理解传入函数的长度是什么.

NB的结构体:sk_buff的操作
各层之间就靠他，当然需要对他进行操作。
Ø 分配：
struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int len,int priority);
分配一个套接字缓冲区（sk_buff）和一个数据缓冲区，参数len为数据缓冲区的空间大小。16字节对齐， priority是内存分配的优先级。

struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int len);
用这个函数优先级就确定了--FGP_ATOMIC:代表分配过程中不能被中断。
会调用alloc_skb()函数，并保存skb->head和sdk_data 之间的16个字节。

分配完成后, skb_buff的 data、tail指针都指向存储空间的起始地址head,而len的大小是0。

Ø 释放
就是释放alloc_skb()分配的套接字缓冲区，和数据缓冲区。

linux专用：
void kree_skb(struct sk_buff *skb)；
网络设备驱动程序用：
非中断上下文专用：void dev_kree_skb(struct sk_buff *skb);
中断上下文转用：void dev_kree_skb_irq(strcut sk_buff *skb);
中断非中断上下文都可用：void dev_kree_skb_any(struct sk_buff *skb);
Ø 指针移动
sk_buff中的数据缓冲区指针操作有: put、push、 pull、reserve。

put操作：
往数据缓冲区尾部添加可以存储网络数据包的空间。
unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb , unsigned int len); // 会检测放入的数据
unsigned char *__skb_put(同上)； //不检查
上述函数使tail指针下移，增加sk_buff中的len值，并返回skb_tail的值。

push操作：
往数据缓冲区头部增加一段可以存储网络数据包的空间。主要用于在数据包发送时添加头部。
unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb , unsigned int len); // 会检测放入的数据
unsigned char *__skb_push(同上)； //不检查
会使data指针上移，也增加len的值。

pull操作：
用于下层协议向上层协议移交数据包，使data指针指向上一层协议的协议头。
unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb , unsigned int len);
会将data指针下移，并减小skb的len值。

reserve操作：
主要用于在存储空间的头部预留len长度的空隙。
void skb_reserve(struct sk_buff *skb , unsigned int len);
会使data指针和tail指针同时下移。

skb_buff的操作过程绝大部分由linux内核完成，驱动工程师只需要完成数据链路层部分工作。下面搞个例子加深理解！

补充协议头设定：

sk_buff中定义了3个协议头用于网络协议的不同层次，传输层TCP/IP协议头:h，网络层协议头：nh，链路层协议头mac,前面说了，这三个头都各定义成联合体。

网卡接收到一个UDP数据包，Linux从下到上处理的流程：1、2、3、4。
skb->mac.raw在步骤1到位，指向的位置就不变了，其他头指针也是这样。skb->nh.raw在步骤2到位，skb->h.raw在步骤3到位。每次pull到上一层，data指向就移到上面一层数据开始的地方，然后len减掉previous(避免中文歧义)的那层的头长度。



1、创建一个sk_buff结构体和数据缓冲区，将收到的数据复制到data指向的空间，skb->mac.raw指向数据， 有效数据的开始位子是一个以太网头，skb->mac.raw指向链路层的以太网头部。
2、用pull传到网络层之后，以太网协议头被剥掉了，skb->data指向下移到IP头了，len也减掉链路层头部那个长度skb_nh.raw指向data，即IP头部。
3、用pull传到传输层，剥掉IP头，data指针继续向下移，len长度再减掉ip头长度，skb_h.raw指向UDP头部。
4、应用程序调用recv()接收数据时，从skb->data+sizeof(struct udphdr)的位置开始复制到应用层缓冲区，所以,UDP头得以幸存，没有被剥掉.