网络驱动移植之net_device结构体及其相关的操作函数

在Linux系统中，网络设备都被抽象为struct net_device结构体。它是网络设备硬件与上层协议之间联系的接口，了解它对编写网络驱动程序非常有益，所以本文将着手简要介绍linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h文件中struct net_device结构体的所有成员（没有按照它们定义的顺序）。

1、网络设备相关信息

（1）、设备名 

[cpp] view plain copy

char    name[IFNAMSIZ];  

char    *ifalias;  //用于SNMP协议  

在Linux系统中，每个网络设备都有一个唯一的设备名（如eth0，字母部分代表网络设备的类型，数字部分代表此类网络设备的数量）。

（2）、电源管理服务质量（ power managementQuality Of Service） 

[cpp] view plain copy

struct pm_qos_request_list pm_qos_req;  

用于Wi-Fi和千兆以太网，可以帮助控制网络的延迟和带宽的需求，以达到在可用的前提下省电的目的。

（3）、硬件信息 

[cpp] view plain copy

//网络设备内存映射时在主机中的内存区域  

unsigned long   mem_end;  

unsigned long   mem_start;  

//网络设备I/O基地址  

unsigned long   base_addr;  

//中断号  

unsigned int    irq;  

//传输介质，如双绞线、同轴电缆等，在多端口设备中指定使用哪个端口  

unsigned char   if_port;  

/* if_port可能的取值如下： 

enum { 

IF_PORT_UNKNOWN = 0, 

IF_PORT_10BASE2, 

IF_PORT_10BASET, 

IF_PORT_AUI, 

IF_PORT_100BASET, 

IF_PORT_100BASETX, 

IF_PORT_100BASEFX 

}; 

**/   

// DMA通道  

unsigned char   dma;  

//最大传输单元，以太网数据帧最大为1500字节  

unsigned int    mtu;  

//网络设备硬件类型，如10Mbps以太网ARPHRD_ETHER  

unsigned short  type;  

//硬件数据帧头的长度，以太网为14字节  

unsigned short  hard_header_len;  

//广播地址  

unsigned char   broadcast[MAX_ADDR_LEN];  

//硬件(如MAC)地址长度以及设备的硬件地址  

unsigned char   addr_len;  

unsigned char   *dev_addr;  

unsigned char   perm_addr[MAX_ADDR_LEN];  

unsigned char   addr_assign_type;  

（4）、标识符 

[cpp] view plain copy

int ifindex; //标识网络设备的唯一索引号  

int iflink;  //用于虚拟网络设备  

unsigned short  dev_id; //用于共享网络设备  

（5）、分配套接字缓冲区时预留空间的长度 

[cpp] view plain copy

unsigned short  needed_headroom;  

unsigned short  needed_tailroom;  

（6）、在sysfs文件系统中输出网络设备信息 

[cpp] view plain copy

struct device   dev;  

const struct attribute_group *sysfs_groups[4];  

（7）、网络设备相关链表 

[cpp] view plain copy

//以设备名为关键字的网络设备哈希链表  

struct hlist_node   name_hlist;  

//网络设备链表  

struct list_head    dev_list;  

//支持NAPI传输的网络设备链表  

struct list_head    napi_list;  

//被注销的网络设备链表  

struct list_head    unreg_list;  

//网络设备硬件地址组成的链表  

struct netdev_hw_addr_list  dev_addrs;   

/* n-tuple filter list attached to this device */  

struct ethtool_rx_ntuple_list ethtool_ntuple_list;  

//单播地址链表  

struct netdev_hw_addr_list  uc;  

//组播地址链表  

struct netdev_hw_addr_list  mc;  

//防止单播地址链表和组播地址链表被并发访问的自旋锁  

spinlock_t      addr_list_lock;  

//监听所有组播地址  

unsigned int        allmulti;  

//延迟注册/注销的网络设备链表  

struct list_head    todo_list;  

//以索引号为关键字的网络设备哈希链表  

struct hlist_node   index_hlist;  

//链路查看机制链表  

struct list_head    link_watch_list;  

（8）、混杂模式 

[cpp] view plain copy

//混杂模式时的单播地址个数  

int     uc_promisc;  

//混杂模式的计数器  

unsigned int    promiscuity;  

（9）、网络层协议特定数据 

[cpp] view plain copy

struct vlan_group __rcu *vlgrp;     /* VLAN group */  

void            *dsa_ptr;   /* dsa specific data */  

void            *atalk_ptr; /* AppleTalk link   */  

struct in_device __rcu  *ip_ptr;    /* IPv4 specific data   */  

struct dn_dev __rcu     *dn_ptr;        /* DECnet specific data */  

struct inet6_dev __rcu  *ip6_ptr;       /* IPv6 specific data */  

void            *ec_ptr;    /* Econet specific data */  

void            *ax25_ptr;  /* AX.25 specific data */  

struct wireless_dev *ieee80211_ptr; /* IEEE 802.11 specific data, 

assign before registering */  

（10）、设备硬件功能特性 

[cpp] view plain copy

unsigned long       features;  

// features的可能取值如下：  

#define NETIF_F_SG      1   /* Scatter/gather IO. */  

#define NETIF_F_IP_CSUM     2   /* Can checksum TCP/UDP over IPv4. */  

#define NETIF_F_NO_CSUM     4   /* Does not require checksum. F.e. loopack. */  

#define NETIF_F_HW_CSUM     8   /* Can checksum all the packets. */  

#define NETIF_F_IPV6_CSUM   16  /* Can checksum TCP/UDP over IPV6 */  

#define NETIF_F_HIGHDMA     32  /* Can DMA to high memory. */  

#define NETIF_F_FRAGLIST    64  /* Scatter/gather IO. */  

#define NETIF_F_HW_VLAN_TX  128 /* Transmit VLAN hw acceleration */  

#define NETIF_F_HW_VLAN_RX  256 /* Receive VLAN hw acceleration */  

#define NETIF_F_HW_VLAN_FILTER  512 /* Receive filtering on VLAN */  

#define NETIF_F_VLAN_CHALLENGED 1024    /* Device cannot handle VLAN packets */  

#define NETIF_F_GSO     2048    /* Enable software GSO. */  

#define NETIF_F_LLTX        4096    /* LockLess TX - deprecated. Please */  

/* do not use LLTX in new drivers */  

#define NETIF_F_NETNS_LOCAL 8192    /* Does not change network namespaces */  

#define NETIF_F_GRO     16384   /* Generic receive offload */  

#define NETIF_F_LRO     32768   /* large receive offload */  

#define NETIF_F_FCOE_CRC    (1 << 24) /* FCoE CRC32 */  

#define NETIF_F_SCTP_CSUM   (1 << 25) /* SCTP checksum offload */  

#define NETIF_F_FCOE_MTU    (1 << 26) /* Supports max FCoE MTU, 2158 bytes*/  

#define NETIF_F_NTUPLE      (1 << 27) /* N-tuple filters supported */  

#define NETIF_F_RXHASH      (1 << 28) /* Receive hashing offload */  

#define NETIF_F_GSO_SHIFT   16  

#define NETIF_F_GSO_MASK    0x00ff0000  

#define NETIF_F_TSO     (SKB_GSO_TCPV4 << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_UFO     (SKB_GSO_UDP << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_GSO_ROBUST  (SKB_GSO_DODGY << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_TSO_ECN     (SKB_GSO_TCP_ECN << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_TSO6        (SKB_GSO_TCPV6 << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_FSO     (SKB_GSO_FCOE << NETIF_F_GSO_SHIFT)  

#define NETIF_F_GSO_SOFTWARE    (NETIF_F_TSO | NETIF_F_TSO_ECN | \  

NETIF_F_TSO6 | NETIF_F_UFO)  

#define NETIF_F_GEN_CSUM    (NETIF_F_NO_CSUM | NETIF_F_HW_CSUM)  

#define NETIF_F_V4_CSUM     (NETIF_F_GEN_CSUM | NETIF_F_IP_CSUM)  

#define NETIF_F_V6_CSUM     (NETIF_F_GEN_CSUM | NETIF_F_IPV6_CSUM)  

#define NETIF_F_ALL_CSUM    (NETIF_F_V4_CSUM | NETIF_F_V6_CSUM)  

#define NETIF_F_ONE_FOR_ALL (NETIF_F_GSO_SOFTWARE | NETIF_F_GSO_ROBUST | \  

NETIF_F_SG | NETIF_F_HIGHDMA |     \  

NETIF_F_FRAGLIST)  

（11）、分配net_device结构体及其私有数据时为对齐所需的填充位数目

[cpp] view plain copy

unsigned short  padded;   

（12）、其他信息 

[cpp] view plain copy

//NETPOLL相关信息  

struct netpoll_info *npinfo;  

//网络命名空间  

struct net      *nd_net;  

//中间层的私有数据  

union {  

void                *ml_priv;  

struct pcpu_lstats __percpu *lstats; /* loopback stats */  

struct pcpu_tstats __percpu *tstats; /* tunnel stats */  

struct pcpu_dstats __percpu *dstats; /* dummy stats */  

};  

//GARP协议相关  

struct garp_port __rcu  *garp_port;  

//虚拟局域网相关  

unsigned long vlan_features;  

//GSO最大值  

unsigned int        gso_max_size;  

//max exchange id for FCoE LRO by ddp  

unsigned int        fcoe_ddp_xid;  

//PHY实例  

struct phy_device *phydev;  

2、网络设备的运行状态

（1）、网络设备物理上的工作状态 

[cpp] view plain copy

unsigned long       state;  

/* state的可能取值如下： 

enum netdev_state_t { 

__LINK_STATE_START, 

__LINK_STATE_PRESENT, 

__LINK_STATE_NOCARRIER, 

__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING, 

__LINK_STATE_DORMANT, 

}; 

**/  

（2）、网络设备通信模式或状态 

[cpp] view plain copy

//它们的可能取值定义在linux-2.6.38.8/include/linux/if.h文件中。  

unsigned int        flags;  

unsigned short      gflags;  

unsigned int            priv_flags; //类似flags,但对用户空间不可见  

（3）、统计信息 

[cpp] view plain copy

struct net_device_stats stats;  

//在接收过程中丢弃的数据包数目（在网络驱动中不使用此项）  

atomic_long_t       rx_dropped;   

（4）、RFC2863协议相关 

[cpp] view plain copy

//RFC 2863操作状态  

unsigned char       operstate;  

/* operstate的可能取值如下： 

enum { 

IF_OPER_UNKNOWN, 

IF_OPER_NOTPRESENT, 

IF_OPER_DOWN, 

IF_OPER_LOWERLAYERDOWN, 

IF_OPER_TESTING, 

IF_OPER_DORMANT, 

IF_OPER_UP, 

}; 

**/   

//映射到RFC2863兼容状态的策略  

unsigned char       link_mode;  

/* link_mode的可能取值如下： 

enum { 

IF_LINK_MODE_DEFAULT, 

IF_LINK_MODE_DORMANT, 

}; 

**/  

（5）、传输超时 

[cpp] view plain copy

//最后接收数据包的时间  

unsigned long       last_rx;  

//最近传送数据包的时间  

unsigned long       trans_start;  

//发生传输超时时，设置的标志  

int         watchdog_timeo;  

//网络层设置的传送数据包超时的时钟    

struct timer_list   watchdog_timer;  

（6）、设备注册/注销状态机 

[cpp] view plain copy

enum { NETREG_UNINITIALIZED=0,  

NETREG_REGISTERED,   /* completed register_netdevice */  

NETREG_UNREGISTERING,    /* called unregister_netdevice */  

NETREG_UNREGISTERED, /* completed unregister todo */  

NETREG_RELEASED,     /* called free_netdev */  

NETREG_DUMMY,        /* dummy device for NAPI poll */  

} reg_state:16;  

（7）、引用计数 

[cpp] view plain copy

int __percpu        *pcpu_refcnt;  

（8）、分组状态 

[cpp] view plain copy

struct net_device   *master;  

（9）、RTNL初始化状态 

[cpp] view plain copy

enum {  

RTNL_LINK_INITIALIZED,  

RTNL_LINK_INITIALIZING,  

} rtnl_link_state:16;  

3、网络设备的操作函数 

[cpp] view plain copy

//使用无线网络设备扩展功能的一组操作函数  

const struct iw_handler_def *   wireless_handlers;  

//无线网络设备处理函数所使用的数据  

struct iw_public_data * wireless_data;  

//网络设备驱动程序需要实现的一组操作函数  

const struct net_device_ops *netdev_ops;  

//支持ethtool功能的一组操作函数  

const struct ethtool_ops *ethtool_ops;  

//数据链路层协议头相关的一组操作函数  

const struct header_ops *header_ops;  

//析构函数，注销网络设备时被调用  

void (*destructor)(struct net_device *dev);  

//rtnetlink操作函数  

const struct rtnl_link_ops *rtnl_link_ops;  

//DCB操作函数  

const struct dcbnl_rtnl_ops *dcbnl_ops;  

4、数据包的收发队列

（1）、接收队列 

[cpp] view plain copy

//RPS(Receive Packet Steering)特性  

struct kset     *queues_kset;  

struct netdev_rx_queue  *_rx;  

unsigned int        num_rx_queues;  

unsigned int        real_num_rx_queues;  

rx_handler_func_t __rcu *rx_handler;  

void __rcu      *rx_handler_data;  

struct netdev_queue __rcu *ingress_queue;  

（2）、发送队列 

[cpp] view plain copy

struct netdev_queue *_tx ____cacheline_aligned_in_smp;  

unsigned int        num_tx_queues;  

unsigned int        real_num_tx_queues;  

struct Qdisc        *qdisc;  

unsigned long       tx_queue_len;  

spinlock_t      tx_global_lock;  

//XPS(Transmit Packet Steering)特性  

struct xps_dev_maps __rcu *xps_maps;