[置顶] Linux协议栈代码阅读笔记（二）网络接口的配置

Linux协议栈代码阅读笔记（二）网络接口的配置
（基于linux-2.6.11）

（一）用户态通过C库函数ioctl进行网络接口的配置

例如，知名的ifconfig程序，就是通过C库函数sys_ioctl实现网络接口的配置的。
具体方法大致如下，即建立一个socket，得到一个fd，然后在此fd上执行ioctl即可完成各种操作（例如，查询/配置mac、ip、mtu，启动/停止网络接口）。
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (caddr_t)&ifr);

（二）上述C库函数如何与内核交互
C库代码准备好相应的工作后（例如，设置系统调用号啦、参数构造啦、栈啦、寄存器设置啦），通过系统调用指令，进入内核态。从内核返回后，C库函数再做相应的善后工作，然后将结果返回给用户程序。

这部分代码，不同架构的处理器，有不同的实现。

（三）内核态如何处理用户的网络通讯请求
上一步，C库发起了系统调用，根据系统调用号，进入系统调用表的相应表目。ioctl对应的是54号系统调用，即sys_ioctl函数。
此函数的代码如下(源码文件:fs\Ioctl.c)，最终通过vfs_ioctl完成操作。
asmlinkage long sys_ioctl(unsigned int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
 struct file * filp;
 int error = -EBADF;
 int fput_needed;

filp = fget_light(fd, &fput_needed);
 if (!filp)
  goto out;

error = security_file_ioctl(filp, cmd, arg);
 if (error)
  goto out_fput;

error = vfs_ioctl(filp, fd, cmd, arg);
 out_fput:
 fput_light(filp, fput_needed);
 out:
 return error;
}

（四）vfs_ioctl内部的执行路径
由于我们的fd对应的是一个socket，并且我们的操作是配置网络接口。因此，进入vfs_ioctl后的函数执行路径如下：
do_ioctl
filp->f_op->ioctl(即socket_file_ops.unlocked_ioctl，也就是sock_ioctl)
sock->ops->ioctl(即inet_dgram_ops.ioctl，也就是inet_ioctl)
接下来的工作，就看具体的操作了。

如果是ip层的设置，基本上都是围绕网络接口对应的in_device结构变量进行操作。IP地址啦、多播信息啦，就在这里了。

如果是L2层的设置，基本上都是围绕网络接口对应的net_device结构变量进行操作。接口名称、mtu什么的，就在这里了。

（每一个网络接口对应一个net_device结构变量，__dev_get_by_name函数能够根据接口名称查找到对应的net_device结构。net_device实际上是in_device结构的一个成员，__in_dev_get_rtnl返回某个net_device结构所属的in_device的地址）

大体来说，L2层的设置，通常就是设置/获取net_device结构变量中相关成员的值。例如，获取接口mtu，就是获取dev->mtu的值。

当然，有些操作需要调用网络接口的驱动程序中的相关函数，net_device结构中有这些函数的地址，直接调用即可。

另外，有些操作完成后，还需要通知那些注册了关心此事件的内核模块。

例如，mac地址变化后，会通过如下形式通知其他内核模块。

notifier_call_chain(&netdev_chain,  NETDEV_CHANGEADDR, dev);

至于IP层的设置，在下还没有理解其代码，这里就不描述了。

下面列出部分操作对应的函数。

1)设置/查询ip、广播地址等操作，执行sock->ops->ioctl函数(即inet_dgram_ops.ioctl，也就是inet_ioctl)
例如：

设置ip地址涉及的执行路径(从inet_ioctl内部开始)：

devinet_ioctl

inet_set_ifa

inet_insert_ifa

2)设置/查询接口名称、mac地址、mtu等，执行dev_ioctl函数。

例如：

设置mtu涉及到的执行路径(从dev_ioctl内部开始)：
dev_ifsioc
dev_set_mtu
dev->change_mtu(以Intel(R)的e1000网卡为例，dev->change_mtu对应的函数是网卡驱动中的e1000_change_mtu。源码：drivers\net\e1000\E1000_main.c)
raw_notifier_call_chain(&netdev_chain,    NETDEV_CHANGEMTU, dev);  //通知内核中关心mtu变化事件的模块