和實驗: 非NAPI模式資料包接收類似，這篇筆記使用vcard虛拟網卡來示範NAPI模式如何和協定棧配合完成資料包的接收，以便加深對這種接收模式的了解。
核心思想
- vcard虛拟網卡使用NAPI模式和協定棧配合完成資料包接收；
- 使用者态使用AF_PACKET套接字程式設計接收來自vcard虛拟網卡的資料；
核心态核心代碼
網絡裝置的定義需要包含struct napi_struct，是以不能再是簡單的struct net_device了，定義如下:
// 網卡裝置,NAPI模式必須提供一個napi_struct
struct vcard_net_device {
struct net_device *dev;
struct napi_struct napi;
};
struct vcard_net_device *vcard_dev = NULL;
在網絡裝置注冊過程中，對napi結構進行初始化：
static int install_net_device(void)
{
int ret;
struct net_device *dev;
// 配置設定網卡對象
dev = alloc_netdev(sizeof(struct vcard_net_device), DEV_NAME, vcard_setup);
if (!dev) {
printk(TAG "alloc_netdev failed\n");
return -ENOMEM;
}
vcard_dev = netdev_priv(dev);
vcard_dev->dev = dev;
// 調用系統api對napi進行初始化，這裡指定poll()回調為vcard_poll()，配額為5個資料包
netif_napi_add(dev, &vcard_dev->napi, vcard_poll, 5);
// 将網卡注冊到系統中
ret = register_netdev(dev);
if (ret) {
printk(TAG "register_netdev failed\n");
goto free;
}
return 0;
free:
free_netdev(dev);
vcard_dev = NULL;
return ret;
}
/**
* netif_napi_add - initialize a napi context
* @dev: network device
* @napi: napi context
* @poll: polling function
* @weight: default weight
*
* netif_napi_add() must be used to initialize a napi context prior to calling
* *any* of the other napi related functions.
*/
static inline void netif_napi_add(struct net_device *dev, struct napi_struct *napi,
int (*poll)(struct napi_struct *, int), int weight)
{
INIT_LIST_HEAD(&napi->poll_list);
napi->poll = poll;
napi->weight = weight;
// 這裡設定了已排程标記，會影響後面的軟終端激活過程
set_bit(NAPI_STATE_SCHED, &napi->state);
}
初始化回調實作如下：
static int vcard_init(struct net_device *dev)
{
struct vcard_net_device *vdev = netdev_priv(dev);
// 因為在netif_napi_add()會設定NAPI_STATE_SCHED标記，
// 是以這裡必須将該标記清除，否則napi_schedule_prep()
// 會傳回false，将無法啟動接收軟中斷
clear_bit(NAPI_STATE_SCHED, &vdev->napi.state);
return 0;
}
和之前的實驗類似，我們使用一個定時器來激活軟中斷：
static void resume_napi(unsigned long data)
{
// 由于是虛拟裝置，也不涉及關中斷(定時器自己隻啟動一次)，
// 直接嘗試激活軟中斷即可
if (likely(napi_schedule_prep(&vcard_dev->napi))) {
__napi_schedule(&vcard_dev->napi);
}
}
vcard_poll()将會被net_rx_action()回調，在其中完成資料包的接收，實作如下：
int vcard_poll(struct napi_struct *napi, int budget)
{
struct vcard_net_device *vdev = container_of(napi, struct vcard_net_device, napi);
struct sk_buff *skb;
int rcv = 0;
while (rcv < budget && (skb = populate_pkt()) != NULL) {
++rcv;
netif_receive_skb(skb);
}
// 如果資料已經全部接收完畢，那麼驅動需要負責将排程停止,
// 這裡要特别注意，必須是小于，不能是小于等于，因為等于
// 表示剛好接收了指定配額個資料包，這個傳回值對于NAPI接收
// 架構是有特殊意義的
if (rcv < budget)
napi_complete(&vdev->napi);
// 傳回實際讀取的資料包個數
printk(TAG "vcard_poll ret=%d\n", rcv);
return rcv;
}
使用者态代碼實作
// 根據網卡名字查詢到網絡裝置的索引
static int get_if_index(const char *name)
{
struct if_nameindex *ifni = if_nameindex();
int i;
for (i = 0; (ifni[i].if_index != 0 || ifni[i].if_name != NULL); ++i) {
if (!strcmp(ifni[i].if_name, name)) {
break;
}
}
if (ifni[i].if_index != 0 || ifni[i].if_name != NULL) {
return ifni[i].if_index;
}
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
// RAW類型的IP封包
int fd = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP));
if (fd < 0) {
printf("socket fail\n");
return -1;
}
int ifindex = get_if_index("vcard");
if (ifindex <= 0) {
printf("get_if_index fail\n");
return -1;
}
// 綁定到指定的網絡裝置，這樣隻會接收到來自該資料的包
struct sockaddr_ll addr = {
.sll_family = AF_PACKET,
.sll_protocol = htons(ETH_P_IP),
.sll_ifindex = ifindex,
};
if (bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) != 0) {
printf("bind fail\n");
return -1;
}
char buf[20];
while (1) {
int ret = recv(fd, buf, 20, MSG_TRUNC);
if (ret < 0) {
printf("recv fail\n");
return -1;
} else if (ret == 0) {
continue;
} else {
buf[ret] = 0;
printf("%s\n", buf);
if (strcmp(buf, "ZZZZZ") == 0) {
break;
}
}
}
return 0;
}
實驗結果
核心驅動的輸出如下圖所示：
26個字母，每次接收5個，是以分六次，前5次都是收到5包（配額就是5）然後結束進行下一次輪詢，最後一次接收了1個資料包後，發現接收完畢，停止軟中斷排程。
使用者态輸出如下：
使用者态可以準确的輸出“AAAAA”~“ZZZZZ”的内容。
注意：
- 要先将vcard插入核心中；
- 執行"ip link set dev vcard up"打開裝置，否則使用者态無法bind到該裝置；
- 使用者态程式一定要以root權限執行；
完整的實驗代碼在這裡。