深入讲解Linux内核网络设备驱动（图例解析）
1. 接收数据包过程概述
介绍数据包收包过程，有助于我们了解Linux内核网络设备在数据收包过程中的位置，下面从宏观的角度介绍数据包从被网卡接收到进入 socket 接收队列的整个过程：
- 加载网卡驱动，初始化
- 数据包从外部网络进入网卡
- 网卡（通过DMA）将包拷贝到内核内存中的
ring buffer - 产生硬件中断，通知系统收到了一个包
- 驱动调用 NAPI ，如果轮询（poll）还没有开始，就开始轮询
ksoftirqd软中断调用 NAPI 的poll函数从ring buffer收包（poll 函数是网卡驱动在初始化阶段注册的；每个cpu上都运行着一个ksoftirqd进程，在系统启动期间就注册了）ring buffer里面对应的内存区域解除映射（unmapped）- 如果 packet steering 功能打开，或者网卡有多队列，网卡收到的数据包会被分发到多个cpu
- 数据包从队列进入协议层
- 协议层处理数据包
- 数据包从协议层进入相应 socket 的接收队列
2. 网络设备初始化
下面以常见的Intel I350 网卡的驱动 ibg 为例介绍它的工作过程：
2.1 初始化
驱动会使用module_init向内核注册一个初始化函数，当驱动被加载时，内核会调用这个函数。在drivers/net/ethernet/intel/igb/igb_main.c中初始化函数（igb_init_module）：
/**
* igb_init_module - Driver Registration Routine
*
* igb_init_module is the first routine called when the driver is
* loaded. All it does is register with the PCI subsystem.
**/
static int __init igb_init_module(void)
{
int ret;
pr_info("%s - version %s\n", igb_driver_string, igb_driver_version);
pr_info("%s\n", igb_copyright);
/* ... */
ret = pci_register_driver(&igb_driver);
return ret;
}
module_init(igb_init_module);
/**
初始化的大部分工作在pci_register_driver中完成。
2.2 PCI初始化
Intel I350 网卡是 PCI express 设备。PCI 设备通过PCI Configuration Space 里面的寄存器识别自己。
PCI express 总线是一种完全不同于过去PCI总线的一种全新总线规范，与PCI总线共享并行架构相比，PCI Express总线是一种点对点串行连接的设备连接方式，点对点意味着每一个PCI Express设备都拥有自己独立的数据连接，各个设备之间并发的数据传输互不影响，而对于过去PCI那种共享总线方式，PCI总线上只能有一个设备进行通信，一旦PCI总线上挂接的设备增多，每个设备的实际传输速率就会下降，性能得不到保证。PCI Express以点对点的方式处理通信，每个设备在要求传输数据的时候各自建立自己的传输通道，对于其他设备这个通道是封闭的，这样的操作保证了通道的专有性，避免其他设备的干扰。
当设备驱动编译时，MODULE_DEVICE_TABLE 宏（定义在 include/module.h） 会导出一个 PCI 设备 ID 列表（a table of PCI device IDs），驱动据此识别它可以控制的设备，内核也会依据这个列表对不同设备加载相应驱动。
igb 驱动的设备表和 PCI 设备 ID 分别见：drivers/net/ethernet/intel/igb/igb_main.c 和drivers/net/ethernet/intel/igb/e1000_hw.h。
static DEFINE_PCI_DEVICE_TABLE(igb_pci_tbl) = {
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_BACKPLANE_1GBPS) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_SGMII) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_BACKPLANE_2_5GBPS) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I211_COPPER), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_COPPER), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_FIBER), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_SERDES), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_SGMII), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_COPPER_FLASHLESS), board_82575 },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I210_SERDES_FLASHLESS), board_82575 },
/* ... */
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, igb_pci_tbl);static DEFINE_PCI_DEVICE_TABLE(igb_pci_tbl) = {
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_BACKPLANE_1GBPS) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_SGMII) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I354_BACKPLANE_2_5GBPS) },
{ PCI_VDEVICE(INTEL, E1000_DEV_ID_I211_COPPER), board_82575 },
{