Linux内核分析 - 网络[一]：收发数据包的调用

内核版本：Linux-2.6.34
网卡驱动：B4401
什么是NAPI
NAPI是linux一套最新的处理网口数据的API，linux 2.5引入的，所以很多驱动并不支持这种操作方式。简单来说，NAPI是综合中断方式与轮询方式的技术。数据量很低与很高时，NAPI可以发挥中断方式与轮询方式的优点，性能较好。如果数据量不稳定，且说高不高说低不低，则NAPI会在两种方式切换上消耗不少时间，效率反而较低一些。

相关阅读：

Linux内核分析 - 网络[一]：收发数据包的调用 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/36063.htm

Linux内核分析 - 网络[二]：网卡驱动接收报文 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/36064.htm

Linux内核分析 - 网络[三]：从netif_receive_skb()说起 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/36065.htm

Linux内核分析 - 网络[四]：路由表 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/36065.htm

 
下面会用到netdev_priv()这个函数，这里先讲解下，每个网卡驱动都有自己的私有的数据，来维持网络的正常运行，而这部分私有数据放在网络设备数据后面(内存概念上)，这个函数就是通过dev来取得这部分私有数据，注间这部分私有数据不在dev结构体中，而是紧接在dev内存空间后。

static inline void *netdev_priv(const struct net_device *dev)
{
  return (char *)dev + ALIGN(sizeof(struct net_device), NETDEV_ALIGN);
}

 
弄清这个函数还得先清楚dev这个结构的分配

alloc_netdev() -> alloc_netdev_mq()
struct net_device *alloc_netdev_mq(int sizeof_priv, const char *name,
              void (*setup)(struct net_device *), unsigned int queue_count)
{
     ……
 
     alloc_size = sizeof(struct net_device);
     if (sizeof_priv) {
              /* ensure 32-byte alignment of private area */
              alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN);
              alloc_size += sizeof_priv;
     }
     /* ensure 32-byte alignment of whole construct */
     alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;
 
     p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);
     if (!p) {
              printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device.\n");
              return NULL;
     }
 
     ……….
}

可以看到，dev在分配时，即在它的后面分配了private的空间，需要注意的是，这两部分都是4字节对齐的，如下图所示，padding是加入的的补齐字节：
　　


 
举个例子，假设sizeof(net_device)大小为31B，private大小45B，则实际分配空间如图所示：
 
 　　 


    b44_interrupt()：当有数据包收发或发生错误时，会产生硬件中断，该函数被触发

struct b44 *bp = netdev_priv(dev);

取出网卡驱动的私有数据private，该部分数据位于dev数据后面

istat = br32(bp, B44_ISTAT);
imask = br32(bp, B44_IMASK);

读出当前中断状态和中断屏蔽字

     if (istat) {
              ……
              if (napi_schedule_prep(&bp->napi)) {
                       bp->istat = istat;
                       __b44_disable_ints(bp);
                       __napi_schedule(&bp->napi);
              }

设置NAPI为SCHED状态，记录当前中断状态，关闭中断，执行调度

void __napi_schedule(struct napi_struct *n)
{
     unsigned long flags;
 
     local_irq_save(flags);
     list_add_tail(&n->poll_list, &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list);
     __raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ);
     local_irq_restore(flags);
}

__get_cpu_var()：得到当前CPU的偏移量，与多CPU有关
将napi的poll_list加入到softnet_data队列尾部，然后引起软中断NET_RX_SOFTIRQ。
 
似乎还没有真正的收发函数出现，别急；关于软中断的机制请参考资料，在net_dev_init()[dev.c]中，注册了两个软中断处理函数，所以引起软中断后，最终调用了net_rx_action()。

open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);
open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);

下面来看下net_rx_action()函数实现：

static void net_rx_action(struct softirq_action *h)
{
     struct list_head *list = &__get_cpu_var(softnet_data).poll_list;  // [1]
     ……
     n = list_first_entry(list, struct napi_struct, poll_list);     // [2]
     ……
     work = 0;
     if (test_bit(NAPI_STATE_SCHED, &n->state)) {
              work = n->poll(n, weight);        // [3]
              trace_napi_poll(n);
     }
……
}

__get_cpu_var是不是很熟悉，在b44_interrupt()中才向它的poll_list中加入了一个napi_struct；代码[2]很简单了，从poll_list的头中取出一个napi_struct，然后执行代码[3],调用poll()函数；注意到这里在interrupt时，会向poll_list尾部加入一个napi_struct，并引起软中断，在软中断处理函数中，会从poll_list头部移除一个napi_struct，进行处理，理论上说，硬件中断加入的数据在其引起的软中断中被处理。

poll函数实际指向的是b44_poll()，这是显而易见的，但具体怎样调用的呢？在网卡驱动初始化函数b44_init_one()有这样一行代码：

netif_napi_add(dev, &bp->napi, b44_poll, 64);

而netif_napi_add()中初始化napi并将其加入dev的队列，

     napi->poll = poll;

这行代码就是b44_poll赋给napi_poll，所以在NET_RX_SOFTIRQ软中断处理函数net_rx_action()中执行的b44_poll()。
怎么到这里都还没有收发数据包的函数呢！b44_poll()就是轮询中断向量，查找出引起本次操作的中断；

static int b44_poll(struct napi_struct *napi, int budget)
{
     ……
     if (bp->istat & (ISTAT_TX | ISTAT_TO))
              b44_tx(bp);
     ……
     if (bp->istat & ISTAT_RX)
              work_done += b44_rx(bp, budget);
     if (bp->istat & ISTAT_ERRORS)
              ……
}

可以看到，查询了四种中断：ISTAT_TX、ISTAT_TO、ISTAT_RX、ISTAT_ERRORS

#define  ISTAT_TO               0x00000080 /* General Purpose Timeout */
#define  ISTAT_RX               0x00010000 /* RX Interrupt */
#define  ISTAT_TX                0x01000000 /* TX Interrupt */
#define ISTAT_ERRORS (ISTAT_DSCE|ISTAT_DATAE|ISTAT_DPE|ISTAT_RDU|ISTAT_RFO|ISTAT_TFU)

如果是TX中断，则调用b44_tx发送数据包；如果是RX中断，则调用b44_rx接收数据包。至此，从网卡驱动收发数据包的调用就是如此了。
最后，给个总结性的图：