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：

[cpp] view plain copy
 
  1. main()  
  2. {  
  3.      if (!strcmp(*spp, "up")) {  
  4.          goterr |= set_flag(ifr.ifr_name, (IFF_UP | IFF_RUNNING));  
  5.          spp++;  
  6.          continue;  
  7.      }  
  8.      if (!strcmp(*spp, "down")) {  
  9.          goterr |= clr_flag(ifr.ifr_name, IFF_UP);  
  10.          spp++;  
  11.          continue;  
  12.      }  
  13. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int set_flag(char *ifname, short flag)  
  2. {  
  3.     struct ifreq ifr;  
  4.   
  5.     safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);  
  6.     if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {  
  7.      fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s "),  
  8.           ifname,     strerror(errno));  
  9.      return (-1);  
  10.     }  
  11.     safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);  
  12.     ifr.ifr_flags |= flag;  
  13.     if (ioctl(skfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {  
  14.      perror("SIOCSIFFLAGS");  
  15.      return -1;  
  16.     }  
  17.     return (0);  
  18. }  

以及清除标志的clr_flag函数：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int clr_flag(char *ifname, short flag)  
  2. {  
  3.     struct ifreq ifr;  
  4.     int fd;  
  5.   
  6.     if (strchr(ifname, ':')) {  
  7.         /* This is a v4 alias interface.  Downing it via a socket for 
  8.         another AF may have bad consequences. */  
  9.         fd = get_socket_for_af(AF_INET);  
  10.      if (fd < 0) {  
  11.          fprintf(stderr, _("No support for INET on this system. "));  
  12.          return -1;  
  13.      }  
  14.     } else  
  15.         fd = skfd;  
  16.   
  17.     safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);  
  18.     if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {  
  19.      fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s "),  
  20.           ifname, strerror(errno));  
  21.      return -1;  
  22.     }  
  23.     safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);  
  24.     ifr.ifr_flags &= ~flag;  
  25.     if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {  
  26.      perror("SIOCSIFFLAGS");  
  27.      return -1;  
  28.     }  
  29.     return (0);  
  30. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. int dev_ioctl(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *arg)  
  2. {  
  3.      case SIOCSIFFLAGS:  
  4.      case SIOCSIFMETRIC:  
  5.      case SIOCSIFMTU:  
  6.      case SIOCSIFMAP:  
  7.      case SIOCSIFHWADDR:  
  8.      case SIOCSIFSLAVE:  
  9.      case SIOCADDMULTI:  
  10.      case SIOCDELMULTI:  
  11.      case SIOCSIFHWBROADCAST:  
  12.      case SIOCSIFTXQLEN:  
  13.      case SIOCSMIIREG:  
  14.      case SIOCBONDENSLAVE:  
  15.      case SIOCBONDRELEASE:  
  16.      case SIOCBONDSETHWADDR:  
  17.      case SIOCBONDCHANGEACTIVE:  
  18.      case SIOCBRADDIF:  
  19.      case SIOCBRDELIF:  
  20.      case SIOCSHWTSTAMP:  
  21.           if (!capable(CAP_NET_ADMIN))  
  22.                return -EPERM;  
  23.           /* fall through */  
  24.      case SIOCBONDSLAVEINFOQUERY:  
  25.      case SIOCBONDINFOQUERY:  
  26.           dev_load(net, ifr.ifr_name);  
  27.           rtnl_lock();  
  28.           ret = dev_ifsioc(net, &ifr, cmd);  
  29.           rtnl_unlock();  
  30.           return ret;  
  31. }  

SIOCSIFFLAGS会调用到dev_ifsioc函数：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int dev_ifsioc(struct net *net, struct ifreq *ifr, unsigned int cmd)  
  2. {  
  3.      switch (cmd) {  
  4.      case SIOCSIFFLAGS:     /* Set interface flags */  
  5.           return dev_change_flags(dev, ifr->ifr_flags);  
  6. }  

继续跟进dev_change_flags函数：

[cpp] view plain copy
 
  1. int dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned flags)  
  2. {  
  3.      int ret, changes;  
  4.      int old_flags = dev->flags;  
  5.   
  6.      ret = __dev_change_flags(dev, flags); // 打开设备  
  7.      if (ret < 0)  
  8.           return ret;  
  9.   
  10.      changes = old_flags ^ dev->flags;  
  11.      if (changes)  
  12.           rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, changes); // 暂未了解  
  13.   
  14.      __dev_notify_flags(dev, old_flags); // 向通道链netdev_chain发出通知  
  15.      return ret;  
  16. }  

真正干活的是__dev_change_flags函数：

[cpp] view plain copy
 
  1. int __dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned int flags)  
  2. {  
  3.      if ((old_flags ^ flags) & IFF_UP) {     /* Bit is different  ? */  
  4.           ret = ((old_flags & IFF_UP) ? __dev_close : __dev_open)(dev);  
  5. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int __dev_open(struct net_device *dev)  
  2. {  
  3.     const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;  
  4.     int ret;  
  5.   
  6.     ASSERT_RTNL();  
  7.   
  8.     /* 
  9.      *  Is it even present? 
  10.      */  
  11.     if (!netif_device_present(dev))  
  12.         return -ENODEV;  
  13.   
  14.     ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev);  
  15.     ret = notifier_to_errno(ret);  
  16.     if (ret)  
  17.         return ret;  
  18.   
  19.     /* 
  20.      *  Call device private open method 
  21.      */  
  22.     set_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);  
  23.   
  24.     if (ops->ndo_validate_addr)  
  25.         ret = ops->ndo_validate_addr(dev);  
  26.   
  27.     if (!ret && ops->ndo_open)  
  28.         ret = ops->ndo_open(dev);  
  29.   
  30.     /* 
  31.      *  If it went open OK then: 
  32.      */  
  33.   
  34.     if (ret)  
  35.         clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);  
  36.   
  37.     return ret;  
  38. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int __dev_close(struct net_device *dev)  
  2. {  
  3.     const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;  
  4.   
  5.     ASSERT_RTNL();  
  6.     might_sleep();  
  7.   
  8.     /* 
  9.      *  Tell people we are going down, so that they can 
  10.      *  prepare to death, when device is still operating. 
  11.      */  
  12.     call_netdevice_notifiers(NETDEV_GOING_DOWN, dev);  
  13.   
  14.     clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);  
  15.   
  16.     /* Synchronize to scheduled poll. We cannot touch poll list, 
  17.      * it can be even on different cpu. So just clear netif_running(). 
  18.      * 
  19.      * dev->stop() will invoke napi_disable() on all of it's 
  20.      * napi_struct instances on this device. 
  21.      */  
  22.     smp_mb__after_clear_bit(); /* Commit netif_running(). */  
  23.   
  24.     dev_deactivate(dev);  
  25.   
  26.     /* 
  27.      *  Call the device specific close. This cannot fail. 
  28.      *  Only if device is UP 
  29.      * 
  30.      *  We allow it to be called even after a DETACH hot-plug 
  31.      *  event. 
  32.      */  
  33.     if (ops->ndo_stop)  
  34.         ops->ndo_stop(dev);  
  35.   
  36.     /* 
  37.      *  Device is now down. 
  38.      */  
  39.   
  40.     dev->flags &= ~IFF_UP;  
  41.   
  42.     return 0;  
  43. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = {  
  2.     .ndo_open       = igb_open,  
  3.     .ndo_stop       = igb_close,  
  4.     .ndo_start_xmit     = igb_xmit_frame_adv,  
  5.     .ndo_get_stats64    = igb_get_stats64,  
  6.     .ndo_set_rx_mode    = igb_set_rx_mode,  
  7.     .ndo_set_multicast_list = igb_set_rx_mode,  
  8.     .ndo_set_mac_address    = igb_set_mac,  
  9.     .ndo_change_mtu     = igb_change_mtu,  
  10.     .ndo_do_ioctl       = igb_ioctl,  
  11.     .ndo_tx_timeout     = igb_tx_timeout,  
  12.     .ndo_validate_addr  = eth_validate_addr,  
  13.     .ndo_vlan_rx_register   = igb_vlan_rx_register,  
  14.     .ndo_vlan_rx_add_vid    = igb_vlan_rx_add_vid,  
  15.     .ndo_vlan_rx_kill_vid   = igb_vlan_rx_kill_vid,  
  16.     .ndo_set_vf_mac     = igb_ndo_set_vf_mac,  
  17.     .ndo_set_vf_vlan    = igb_ndo_set_vf_vlan,  
  18.     .ndo_set_vf_tx_rate = igb_ndo_set_vf_bw,  
  19.     .ndo_get_vf_config  = igb_ndo_get_vf_config,  
  20. #ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER  
  21.     .ndo_poll_controller    = igb_netpoll,  
  22. #endif  
  23. };  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. 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：

[cpp] view plain copy
 
  1. // 声明通知链表  
  2. static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);  
  3.   
  4. //注册  
  5. int register_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)  
  6. {  
  7. raw_notifier_chain_register(&netdev_chain, nb);  
  8. }  
  9.   
  10. 注销：  
  11. int unregister_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)  
  12. {  
  13.      int err;  
  14.      err = raw_notifier_chain_unregister(&netdev_chain, nb);  
  15. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. > cpsw_ndo_open  
  2. > cpsw_slave_open  
  3.    > phy_connect (传递cpsw_adjust_link)  
  4.       > phy_connect_direct （PHY_READY）  
  5.       >  phy_prepare_link (赋值cpsw_adjust_link为adjust_link)  
  6.       > phy_start_machine  
  7.   > 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：

[cpp] view plain copy
 
  1. phy_state_machine  
  2.  > phy_start_aneg  
  3.   > config_aneg  
  4.   > 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。

原文：https://blog.csdn.net/subfate/article/details/44755679

【推广】 免费学中医，健康全家人
原文地址：https://www.cnblogs.com/Ph-one/p/9025305.html