Linux網絡驅動程序編寫(三)

2.4 常用的系統支持

　　2.4.1 內存申請和釋放

include/linux/kernel.h里聲明了kmalloc()和kfree()。用于在內核模式下申請和釋放內存。
void *kmalloc(unsigned int len,int priority);
void kfree(void *__ptr);

與用戶模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方。可以申請的最大長度也有限制。另外kmalloc()有priority參數，通常使用時可以為GFP_KERNEL，如果在中斷里調用用GFP_ATOMIC參數，因為使用GFP_KERNEL則調用者可能進入sleep狀態，在處理中斷時是不允許的。

kfree()釋放的內存必須是kmalloc()申請的。如果知道內存的大小，也可以用kfree_s()釋放。

　　2.4.2 request_irq()、free_irq()

這是驅動程序申請中斷和釋放中斷的調用。在include/linux/sched.h里聲明。request_irq()調用的定義：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id);

irq是要申請的硬件中斷號。在Intel平臺，范圍0--15。handler是向系統登記的中斷處理函數。這是一個回調函數，中斷發生時，系統調用這個函數，傳入的參數包括硬件中斷號，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時傳遞給系統的參數dev_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，標明中斷處理程序是快速處理程序(設置SA_INTERRUPT)還是慢速處理程序(不設置SA_INTERRUPT)。快速處理程序被調用時屏蔽所有中斷。慢速處理程序不屏蔽。還有一個SA_SHIRQ屬性，設置了以后運行多個設備共享中斷。dev_id在中斷共享時會用到。一般設置為這個設備的device結構本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id找到相應的控制這個中斷的設備，或者用rq2dev_map找到中斷對應的設備。

void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);

2.4.3 時鐘

時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函數，在預定的時間過后，系統時鐘的處理類似中斷，也是登記一個時間處理函數，在預定的時間過后，系統會調用這個函數。在include/linux/timer.h里聲明。

struct timer_list {
struct timer_list *next;
struct timer_list *prev;
unsigned long expires;
unsigned long data;
void (*function)(unsigned long);
};
void add_timer(struct timer_list * timer);
int del_timer(struct timer_list * timer);
void init_timer(struct timer_list * timer);

使用時鐘，先聲明一個timer_list結構，調用init_timer對它進行初始化。time_list結構里expires是標明這個時鐘的周期，單位采用jiffies的單位。jiffies是Linux一個全局變量，代表時間。它的單位隨硬件平臺的不同而不同。系統里定義了一個常數HZ，代表每秒種最小時間間隔的數目。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。所以expires/HZ就是以秒為單位的這個時鐘的周期。

function就是時間到了以后的回調函數，它的參數就是timer_list中的data。data這個參數在初始化時鐘的時候賦值，一般賦給它設備的device結構指針。

在預置時間到系統調用function，同時系統把這個time_list從定時隊列里清除。所以如果需要一直使用定時函數，要在function里再次調用add_timer()把這個函數。

I/O端口的存取使用：
inline unsigned int inb(unsigned short port);
inline unsigned int inb_p(unsigned short port);
inline void outb(char value, unsigned short port);
inline void outb_p(char value, unsigned short port);
在include/adm/io.h里定義。
inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在于前者在存取I/O時有等待
(pause)一適應慢速的I/O設備。

為了防止存取I/O時發生沖突，Linux提供對端口使用情況的控制。在使用端口之前，可以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把端口標記為正在使用，使用完后再釋放。系統提供以下幾個函數做這些工作。

int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);
void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)
;
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的參數from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標明從from開始的端口數目。name為設備名稱。
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的參數from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標明從from開始的端口數目。name為設備名稱。

　　2.4.5 中斷打開關閉

系統提供給驅動程序開放和關閉響應中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個定義。
#define cli() __asm__ __volatile__ (cli::)
#define sti() __asm__ __volatile__ (sti::)

　　2.4.6 打印信息

類似普通程序里的printf()，驅動程序要輸出信息使用printk()。在include/linux/kernel.h里聲明。
int printk(const char* fmt, ...);
其中fmt是格式化字符串。...是參數。都是和printf()格式一樣的。

　　2.4.7 注冊驅動程序

如果使用模塊(module)方式加載驅動程序，需要在模塊初始化時把設備注冊

到系統設備表里去。不再使用時，把設備從系統中卸除。定義在drivers/net/net_init.h里的兩個函數完成這個工作。

int register_netdev(struct device *dev);
void unregister_netdev(struct device *dev);

dev就是要注冊進系統的設備結構指針。在register_netdev()時，dev就是要注冊進系統的設備結構指針。在register_netdev()時，dev結構一般填寫前面11項，即到init，后面的暫時可以不用初始化。最重要的是name指針和init方法。name指針空(NULL)或者內容為’’或者name[0]為空格(space)，則系統把你的設備做為以太網設備處理。以太網設備有統一的命名格式，ethX。對以太網這么特別對待大概和Linux的歷史有關。
init方法一定要提供，register_netdev()會調用這個方法讓你對硬件檢測和設置。

register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。

2.4.8 sk_buff

Linux網絡各層之間的數據傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩沖區的方法，是Linux系統網絡高效運行的關鍵。每個sk_buff包括一些控制方法和一塊數據緩沖區。控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個buffer鏈的方法，另一種是控制數據緩沖區的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據網絡應用的特點，對鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制方法都很短小以盡量減少系統負荷。(translated from article written by AlanCox)
.alloc_skb() 申請一個sk_buff并對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。
.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩沖區后，保留16字節的幀頭空間。主要用在Ethernet驅動程序。
.kfree_skb() 釋放一個sk_buff。
.skb_clone() 復制一個sk_buff，但不復制數據部分。
.skb_copy()完全復制一個sk_buff。
.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表里取出第一個元素。返回取出的sk_buff
.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表里取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表空則返回NULL。這是常用的一個操作。
.skb_queue_head() 在一個sk_buff鏈表頭放入一個元素。
.skb_queue_tail() 在一個sk_buff鏈表尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網絡數據的處理主要是對一個先進先出隊列的管理，skb_queue_tail()和skb_dequeue()完成這個工作。
.skb_insert() 在鏈表的某個元素前插入一個元素。
.skb_append() 在鏈表的某個元素后插入一個元素。一些協議(如TCP)對沒按順序到達的數據進行重組時用到skb_insert()和skb_append()。
.skb_reserve() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區里保留一塊空間。這個空間一般是用做下一層協議的頭空間的。
.skb_put() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區里為數據保留一塊空間。在
alloc_skb以后，申請到的sk_buff的緩沖區都是處于空(free)狀態，有一個tail指針指向free空間，實際上開始時tail就指向緩沖區頭。skb_reserve()在free空間里申請協議頭空間，skb_put()申請數據空間。見下面的圖。
.skb_push() 把sk_buff緩沖區里數據空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到Data area。
.skb_pull() 把sk_buff緩沖區里Data area中的空間移一部分到Head room中。