网卡驱动和队列层中的数据包接收linux tcpip协议栈笔记.docxVIP

原文地址：/viewthread.php?tid=14extra=page%3D1Linux TCP/IP协议栈笔记网卡驱动和队列层中的数据包接收作者：kendoKernel：2.6.12文章对于我们理解TCP发送数据包以及收取数据包非常有帮助。四、网卡的数据接收内核如何从网卡接受数据，传统的经典过程：引用1、数据到达网卡；2、网卡产生一个中断给内核；3、内核使用I/O指令，从网卡I/O区域中去读取数据；我们在许多网卡驱动中，都可以在网卡的中断函数中见到这一过程。但是，这一种方法，有一种重要的问题，就是大流量的数据来到，网卡会产生大量的中断，内核在中断上下文中，会浪费大量的资源来处理中断本身。所以，一个问题是，“可不可以不使用中断”，这就是轮询技术，所谓NAPI技术，说来也不神秘，就是说，内核屏蔽中断，然后隔一会儿就去问网卡，“你有没有数据啊？”……从这个描述本身可以看到，哪果数据量少，轮询同样占用大量的不必要的CPU资源，大家各有所长吧，呵呵……OK，另一个问题，就是从网卡的I/O区域，包括I/O寄存器或I/O内存中去读取数据，这都要CPU去读，也要占用CPU资源，“CPU从I/O区域读，然后把它放到内存（这个内存指的是系统本身的物理内存，跟外设的内存不相干，也叫主内存）中”。于是自然地，就想到了DMA技术——让网卡直接从主内存之间读写它们的I/O数据，CPU，这儿不干你事，自己找乐子去：引用1、首先，内核在主内存中为收发数据建立一个环形的缓冲队列（通常叫DMA环形缓冲区）。2、内核将这个缓冲区通过DMA映射，把这个队列交给网卡；3、网卡收到数据，就直接放进这个环形缓冲区了——也就是直接放进主内存了；然后，向系统产生一个中断；4、内核收到这个中断，就取消DMA映射，这样，内核就直接从主内存中读取数据；——呵呵，这一个过程比传统的过程少了不少工作，因为设备直接把数据放进了主内存，不需要CPU的干预，效率是不是提高不少？对应以上4步，来看它的具体实现：1、分配环形DMA缓冲区Linux内核中，用skb来描述一个缓存，所谓分配，就是建立一定数量的skb，然后把它们组织成一个双向链表；2、建立DMA映射内核通过调用dma_map_single(struct device *dev,void *buffer,size_t size,enum dma_data_direction direction)建立映射关系。struct device *dev，描述一个设备；buffer：把哪个地址映射给设备；也就是某一个skb——要映射全部，当然是做一个双向链表的循环即可；size：缓存大小；direction：映射方向——谁传给谁：一般来说，是“双向”映射，数据在设备和内存之间双向流动；对于PCI设备而言（网卡一般是PCI的），通过另一个包裹函数pci_map_single，这样，就把buffer交给设备了！设备可以直接从里边读/取数据。3、这一步由硬件完成；4、取消映射dma_unmap_single，对PCI而言，大多调用它的包裹函数pci_unmap_single，不取消的话，缓存控制权还在设备手里，要调用它，把主动权掌握在CPU手里——因为我们已经接收到数据了，应该由CPU把数据交给上层网络栈；当然，不取消之前，通常要读一些状态位信息，诸如此类，一般是调用dma_sync_single_for_cpu()让CPU在取消映射前，就可以访问DMA缓冲区中的内容。关于DMA映射的更多内容，可以参考《Linux设备驱动程序》“内存映射和DMA”章节相关内容！OK，有了这些知识，我们就可以来看e100的代码了，它跟上面讲的步骤基本上一样的——绕了这么多圈子，就是想绕到e100上面了，呵呵！在e100_open函数中，调用e100_up，我们前面分析它时，略过了一个重要的东东，就是环形缓冲区的建立，这一步，是通过e100_rx_alloc_list函数调用完成的：staticint e100_rx_alloc_list(struct nic *nic){struct rx *rx;unsigned int i, count = nic-params.rfds.count;nic-rx_to_use = nic-rx_to_clean = NULL;nic-ru_running = RU_UNINITIALIZED;/*结构struct rx用来描述一个缓冲区节点，这里分配了count个*/ if(!(nic-rxs = kmalloc(sizeof(struct rx) * count, GFP_ATOMIC)))return -ENOMEM;memset(nic-rxs, 0, sizeof(struct rx) * count);/*虽然是连