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Linux系统网络设备启动和禁止“ifconfig eth0 up/down”命令的跟踪

前面文章讲了Linux系统的ethtool框架的一些东西,是从用户空间可以直观认识到的地方入手。同样,本文从Linux系统绝大部分人都熟悉的“ifconfig eth0 up”命令来跟踪一下此命令在内核中的发生了什么事情。由于ifconfig启动(up)和禁止(down)网络设备很相似,就放到一起讲了。
首先从ifconfig的源码入手,我下载的源码地址是http://www.tazenda.demon.co.uk/phil/net-tools//。这个网站上还有大量很有用的工具的源码,源码分布符合Linux的系统目录,有兴趣的可以去看看。
在我们输入up或down时,对应的代码如下:

main() { if (!strcmp(*spp, "up")) { goterr |= set_flag(ifr.ifr_name, (IFF_UP | IFF_RUNNING)); spp++; continue; } if (!strcmp(*spp, "down")) { goterr |= clr_flag(ifr.ifr_name, IFF_UP); spp++; continue; } }

很简单,就是根据用户的输入来标志IFF_UP参考。当up时,使用set_flag置位IFF_UP和IFF_RUNNING,当down时,使用clr_flag清除IFF_UP。Linux的这种思想值得学习,其实对于内核来讲,真的就是通过IFF_UP标志来判断网卡的使能和禁止的。
来看设置标志的set_flag函数:

static int set_flag(char *ifname, short flag) { struct ifreq ifr; safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ); if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) { fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"), ifname, strerror(errno)); return (-1); } safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ); ifr.ifr_flags |= flag; if (ioctl(skfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) { perror("SIOCSIFFLAGS"); return -1; } return (0); }

以及清除标志的clr_flag函数:

static int clr_flag(char *ifname, short flag) { struct ifreq ifr; int fd; if (strchr(ifname, ':')) { /* This is a v4 alias interface. Downing it via a socket for another AF may have bad consequences. */ fd = get_socket_for_af(AF_INET); if (fd < 0) { fprintf(stderr, _("No support for INET on this system.\n")); return -1; } } else fd = skfd; safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ); if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) { fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"), ifname, strerror(errno)); return -1; } safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ); ifr.ifr_flags &= ~flag; if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) { perror("SIOCSIFFLAGS"); return -1; } return (0); }

观察这两个函数,最后都是使用SIOCSIFFLAGS命令和内核交互。我们找到这个命令的使用地方,它位于net/core/dev.c文件,如下:

int dev_ioctl(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *arg) { case SIOCSIFFLAGS: case SIOCSIFMETRIC: case SIOCSIFMTU: case SIOCSIFMAP: case SIOCSIFHWADDR: case SIOCSIFSLAVE: case SIOCADDMULTI: case SIOCDELMULTI: case SIOCSIFHWBROADCAST: case SIOCSIFTXQLEN: case SIOCSMIIREG: case SIOCBONDENSLAVE: case SIOCBONDRELEASE: case SIOCBONDSETHWADDR: case SIOCBONDCHANGEACTIVE: case SIOCBRADDIF: case SIOCBRDELIF: case SIOCSHWTSTAMP: if (!capable(CAP_NET_ADMIN)) return -EPERM; /* fall through */ case SIOCBONDSLAVEINFOQUERY: case SIOCBONDINFOQUERY: dev_load(net, ifr.ifr_name); rtnl_lock(); ret = dev_ifsioc(net, &ifr, cmd); rtnl_unlock(); return ret; }

SIOCSIFFLAGS会调用到dev_ifsioc函数:

static int dev_ifsioc(struct net *net, struct ifreq *ifr, unsigned int cmd) { switch (cmd) { case SIOCSIFFLAGS: /* Set interface flags */ return dev_change_flags(dev, ifr->ifr_flags); }

继续跟进dev_change_flags函数:

int dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned flags) { int ret, changes; int old_flags = dev->flags; ret = __dev_change_flags(dev, flags); // 打开设备 if (ret < 0) return ret; changes = old_flags ^ dev->flags; if (changes) rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, changes); // 暂未了解 __dev_notify_flags(dev, old_flags); // 向通道链netdev_chain发出通知 return ret; }

真正干活的是__dev_change_flags函数:

int __dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned int flags) { if ((old_flags ^ flags) & IFF_UP) { /* Bit is different ? */ ret = ((old_flags & IFF_UP) ? __dev_close : __dev_open)(dev); }

根据标志选择打开设备__dev_open或关闭__dev_close。在同一文件还有dev_open或dev_close,我发现它们使用了EXPORT_SYMBOL导出,供给其它模块使用,但在这里,是使用了__dev_XX函数的。
打开函数如下:

static int __dev_open(struct net_device *dev) { const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops; int ret; ASSERT_RTNL(); /* * Is it even present? */ if (!netif_device_present(dev)) return -ENODEV; ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev); ret = notifier_to_errno(ret); if (ret) return ret; /* * Call device private open method */ set_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state); if (ops->ndo_validate_addr) ret = ops->ndo_validate_addr(dev); if (!ret && ops->ndo_open) ret = ops->ndo_open(dev); /* * If it went open OK then: */ if (ret) clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state); return ret; }

在真正调用具体驱动的接口前,先发NETDEV_PRE_UP给到通知链,再置__LINK_STATE_START,然后才调用驱动的ndo_open接口,最后需要清除__LINK_STATE_START标志。
关闭函数如下:

static int __dev_close(struct net_device *dev) { const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops; ASSERT_RTNL(); might_sleep(); /* * Tell people we are going down, so that they can * prepare to death, when device is still operating. */ call_netdevice_notifiers(NETDEV_GOING_DOWN, dev); clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state); /* Synchronize to scheduled poll. We cannot touch poll list, * it can be even on different cpu. So just clear netif_running(). * * dev->stop() will invoke napi_disable() on all of it's * napi_struct instances on this device. */ smp_mb__after_clear_bit(); /* Commit netif_running(). */ dev_deactivate(dev); /* * Call the device specific close. This cannot fail. * Only if device is UP * * We allow it to be called even after a DETACH hot-plug * event. */ if (ops->ndo_stop) ops->ndo_stop(dev); /* * Device is now down. */ dev->flags &= ~IFF_UP; return 0; }

在真正调用具体驱动的接口前,先发NETDEV_GOING_DOWN给到通知链,表示网络设备准备挂了,再清除__LINK_STATE_START标志,然后才调用驱动的ndo_stop接口,最后需要清除IFF_UP。
经过内核的层层结构,条条框框,终于到了具体的驱动了,上面的函数使用的接口实际上是net_device_ops结构体的函数指针,还是以igb驱动为例,赋值如下:

static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = { .ndo_open = igb_open, .ndo_stop = igb_close, .ndo_start_xmit = igb_xmit_frame_adv, .ndo_get_stats64 = igb_get_stats64, .ndo_set_rx_mode = igb_set_rx_mode, .ndo_set_multicast_list = igb_set_rx_mode, .ndo_set_mac_address = igb_set_mac, .ndo_change_mtu = igb_change_mtu, .ndo_do_ioctl = igb_ioctl, .ndo_tx_timeout = igb_tx_timeout, .ndo_validate_addr = eth_validate_addr, .ndo_vlan_rx_register = igb_vlan_rx_register, .ndo_vlan_rx_add_vid = igb_vlan_rx_add_vid, .ndo_vlan_rx_kill_vid = igb_vlan_rx_kill_vid, .ndo_set_vf_mac = igb_ndo_set_vf_mac, .ndo_set_vf_vlan = igb_ndo_set_vf_vlan, .ndo_set_vf_tx_rate = igb_ndo_set_vf_bw, .ndo_get_vf_config = igb_ndo_get_vf_config, #ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER .ndo_poll_controller = igb_netpoll, #endif };

我们看到最开始的2个函数就是打开和关闭。在igb_probe函数对igb_netdev_ops进行赋值:

netdev->netdev_ops = &igb_netdev_ops;

至此,整个过程分析完毕。

文中涉及到通知链,网络设备通知链netdev_chain,这个还没研究过,这里简单列一下:

// 声明通知链表 static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain); //注册 int register_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb) { raw_notifier_chain_register(&netdev_chain, nb); } // 注销: int unregister_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb) { int err; err = raw_notifier_chain_unregister(&netdev_chain, nb); }

31号的PS:
写完后想一想,感觉没到分析彻底,因为到具体的驱动后干了些什么还没跟踪,于是又花了点时间跟踪一下。我跟踪的是ti的网卡驱动,主要实现代码在cpsw.c文件,在http://lxr.oss.org.cn/source/drivers/net/ethernet/ti/?v=3.17可以找到。下面列出启动网卡时的过程的重要函数调用:

> cpsw_ndo_open > cpsw_slave_open > phy_connect (传递cpsw_adjust_link) > phy_connect_direct (PHY_READY) > phy_prepare_link (赋值cpsw_adjust_link为adjust_link) > phy_start_machine > phy_start (PHY_READY变成PHY_UP)

phy_start之后进入了phy驱动重要的状态判断函数phy_state_machine,phy驱动有一个工作队列就是调用这个函数的,这个函数判断了网络各种状态:PHY_DOWN、PHY_UPPHY_AN、PHY_NOLINK,等,并做出对应的动作。我们设置了PHY_UP,则函数过程如下:

phy_state_machine > phy_start_aneg > config_aneg > genphy_config_aneg(实际上是这个函数,由phy驱动赋值的)

到了genphy_config_aneg这个函数,就是直接和phy芯片打交道了,读phy寄存器、写phy寄存器。默认情况下会进行自动协商(其实就是写phy的第0个寄存器),当然,如果不是,即phy_device成员变量autoneg是AUTONEG_DISABLE,则会强制设置指定的速率、双工模式。

至此,就不再继续分析、跟踪了。
2015.3.30 李迟

本文固定链接: http://www.latelee.org/programming-under-linux/ifconfig-eth0-up-down-code.html

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