网络驱动之net_device结构体

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

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）

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

//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

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

unsigned short  needed_headroom;
unsigned short  needed_tailroom;  

（6）、在sysfs文件系统中输出网络设备信息

struct device   dev;
const struct attribute_group *sysfs_groups[4];  

（7）、网络设备相关链表

//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

//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

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

 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

unsigned short  padded;   

（12）、其他信息

//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

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

//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

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

//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

//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

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

int __percpu        *pcpu_refcnt;  

（8）、分组状态

struct net_device   *master;  

（9）、RTNL初始化状态

enum {
    RTNL_LINK_INITIALIZED,
    RTNL_LINK_INITIALIZING,
} rtnl_link_state:16;  

3、网络设备的操作函数

//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

//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

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;