文章目录

网络设备状态: net_device->state
- __LINK_STATE_START
- __LINK_STATE_PRESENT
- __LINK_STATE_NOCARRIER
- __LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING
- __LINK_STATE_DORMANT
排队规则状态: Qdisc->state
- __QDISC_STATE_RUNNING
- __QDISC_STATE_SCHED
- __QDISC_STATE_DEACTIVATED
收发队列状态: netdev_queue->state
- __QUEUE_STATE_XOFF
- __QUEUE_STATE_FROZEN
设备的挂起和恢复
- 挂起: netif_device_detach()
- 恢复: netif_device_attach()
链路状态侦测
- 报告链路状态变化事件
- linkwatch事件列表
- 事件的处理

从前面的数据包收发过程中可以看到，过程中有很多的设备状态检查和设置的操作，这篇笔记来单独分析下涉及的状态以及它们的含义。

收发过程中，实际上涉及如下三个数据结构对象的状态检查和设置。

网络设备状态: net_device->state

dev->state字段描述了设备和设备队列的状态，当前定义有如下值：

/* These flag bits are private to the generic network queueing* layer, they may not be explicitly referenced by any other* code.*/
enum netdev_state_t
{__LINK_STATE_START,__LINK_STATE_PRESENT,__LINK_STATE_NOCARRIER,__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING,__LINK_STATE_DORMANT,
};

__LINK_STATE_START

表示设备是否已经被打开。在dev_open()的时候设置该标记位，在dev_close()清除该标记位。

可以使用netif_running()检测是否设置了该标志位：

/*** netif_running - test if up* @dev: network device** Test if the device has been brought up.*/
static inline int netif_running(const struct net_device *dev)
{return test_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);
}

__LINK_STATE_PRESENT

表示网络设备对象是否存在。网络设备对象注册过程会将该标记置位。此外，在电源管理过程中，设备被挂起时会清除该标记使得设备暂时不可用，在恢复时重新置位使设备恢复，具体看下面的“设备挂起”与“设备恢复”。

可以使用netif_device_present()检测是否设置了该标志位：

/*** netif_device_present - is device available or removed*  @dev: network device** Check if device has not been removed from system.*/
static inline int netif_device_present(struct net_device *dev)
{return test_bit(__LINK_STATE_PRESENT, &dev->state);
}

__LINK_STATE_NOCARRIER

当驱动程序感知到设备的载波变化时，要使用netif_carrier_on/off()通知内核，使得内核可以在这些情况下合理的关闭设备的收发能力，具体见下文。

可以使用netif_carrier_ok()检查是否设置了该标志位:

/*** netif_carrier_ok - test if carrier present* @dev: network device** Check if carrier is present on device*/
static inline int netif_carrier_ok(const struct net_device *dev)
{return !test_bit(__LINK_STATE_NOCARRIER, &dev->state);
}

__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING

如果设备已经产生了LINKWATCH事件并且正在调度过程中，设置该标志位。这是为了防止同一个设备同时被多次调度。

__LINK_STATE_DORMANT

和__LINK_STATE_NOCARRIER类似，也是表示链路层状态，设置了该标记后，设备无法收发数据包。驱动程序可使用netif_dormant_on/off()操作该标志位。

排队规则状态: Qdisc->state

enum qdisc_state_t
{__QDISC_STATE_RUNNING,__QDISC_STATE_SCHED,__QDISC_STATE_DEACTIVATED,
};

__QDISC_STATE_RUNNING

表示qdisc_run()函数是否正在被调用，可以防止一个排队规则同时被多个CPU同时调度。该标记在进入qdisc_run()之前设置，退出时清除。

__QDISC_STATE_SCHED

表示排队规则是否正在被发送软中断调度。

__QDISC_STATE_DEACTIVATED

设置该标记位表示该排队规则被禁用，禁用的排队规则是无法用来发送数据包的。设备被关闭时会关闭发送队列，此时对应的排队规则就会被设置该标记。

收发队列状态: netdev_queue->state

enum netdev_queue_state_t
{__QUEUE_STATE_XOFF,__QUEUE_STATE_FROZEN,
};

__QUEUE_STATE_XOFF

标记队列是否被关闭。关闭后的队列是无法用来收发数据的。驱动程序可以通过操作该标记位影响设备接口层的发送逻辑，进而可以临时性的开启和关闭指定收发队列。

__QUEUE_STATE_FROZEN

标记队列是否被冻结，当一个队列被冻结时，该队列无法收发数据。

设备的挂起和恢复

当电源管理模块通知设备系统即将进入休眠态时，驱动程序必须要执行休眠准备工作，在该过程中，驱动需要调用netif_device_detach()告诉框架设备即将休眠。类似的，设备退出休眠态时，驱动程序必须要执行恢复工作，在该过程中，驱动需要调用netif_device_attach()告诉框架设备即将恢复。

挂起: netif_device_detach()

在挂起时，需要干两件事：

清除__LINK_STATE_PRESENT标志位，使得设备暂时不可用；
如果设备已经打开(调用过dev_open()，可以正常收发数据了)，还需要关闭设备的发送队列。

/*** netif_device_detach - mark device as removed* @dev: network device** Mark device as removed from system and therefore no longer available.*/
void netif_device_detach(struct net_device *dev)
{// cond1：之前设备的PRESET标记存在，即没有休眠// cond2：设备的START标记存在，即设备是打开的if (test_and_clear_bit(__LINK_STATE_PRESENT, &dev->state) &&netif_running(dev)) {// 关闭设备的发送队列netif_stop_queue(dev);}
}

恢复: netif_device_attach()

恢复设备时，干两件事：

重新社长是__LINK_STATE_PRESENT标志位;
如果设备已经打开，那么开启发送队列并且重新调度设备使其可以发送

/*** netif_device_attach - mark device as attached* @dev: network device** Mark device as attached from system and restart if needed.*/
void netif_device_attach(struct net_device *dev)
{// cond1：之前设备的PRESET标记不在，即休眠了// cond2：设备的START标记存在，即设备是打开的if (!test_and_set_bit(__LINK_STATE_PRESENT, &dev->state) &&netif_running(dev)) {// 开启发送队列；将设别加入发送轮询队列；激活发送软中断netif_wake_queue(dev);// 启动WatchDog，其实是延迟回调驱动提供的tx_timeout()接口，// 不知道这种设计有什么目的__netdev_watchdog_up(dev);}
}

链路状态侦测

驱动程序可以感知到网络设备硬件是否处于可用状态的变化，比如网线是否掉了等事件，这些事件可以简单的划分为可用和不可用两种状态。当这两个事件发生时，驱动程序应该将这种状态传递给设备接口层，这是通过netif_carrier_on()和netif_carrier_off()来实现的。

/*** netif_carrier_on - set carrier* @dev: network device** Device has detected that carrier.*/
void netif_carrier_on(struct net_device *dev)
{// 清除设备的__LINK_STATE_NOCARRIER标志if (test_and_clear_bit(__LINK_STATE_NOCARRIER, &dev->state)) {// 产生一个链路状态变化事件linkwatch_fire_event(dev);// 如果设备已经打开，启动发送异常检测WatchDog定时器if (netif_running(dev))__netdev_watchdog_up(dev);}
}/***   netif_carrier_off - clear carrier*  @dev: network device** Device has detected loss of carrier.*/
void netif_carrier_off(struct net_device *dev)
{// 设置__LINK_STATE_NOCARRIER标志位if (!test_and_set_bit(__LINK_STATE_NOCARRIER, &dev->state)) {if (dev->reg_state == NETREG_UNINITIALIZED)return;// 产生一个链路状态变化事件linkwatch_fire_event(dev);}
}

报告链路状态变化事件

如上，链路状态变化的事件最先由驱动程序感知到，驱动通过netif_carrier_on/off()、netif_dormant_on/off()通知设备接口层，设备接口层会调用linkwatch_fire_event()触发链路状态变化事件的产生。

// 何为紧急事件
static int linkwatch_urgent_event(struct net_device *dev)
{// 设备打开 && 链路状态由off变为on && 排队规则有变更return netif_running(dev) && netif_carrier_ok(dev) &&dev->qdisc != dev->qdisc_sleeping;
}void linkwatch_fire_event(struct net_device *dev)
{// 判断此次是否为紧急事件int urgent = linkwatch_urgent_event(dev);// 设置LINKWATCH_PENDING标记，表示该设备的LINKWATCH事件正在被调度中，同一时间段内同一个设备只能有// 一个LINKWATCH事件被调度，因为调度的多了也是浪费资源，完全没有必要if (!test_and_set_bit(__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING, &dev->state)) {// 设备没有LINKWATCH事件被调度，所以增加引用计数并将该设备加入到系统的LINKWATCH事件链表中dev_hold(dev);linkwatch_add_event(dev);} else if (!urgent)// 非紧急事件，并且该设备的LINKWATCH事件已经在调度中了，不再重复定都return;// 紧急事件、或者发生了首次调度linkwatch_schedule_work(urgent);
}

linkwatch事件列表

系统中会有多个网络设备，这些设备都有可能会有LINKWATCH事件产生，这些来自不同设备的LINKWATCH需要组织起来。内核是使用一个简单的链表组织的。

static struct net_device *lweventlist;
static DEFINE_SPINLOCK(lweventlist_lock);// 将网络设备对象加入linkwatch表中
static void linkwatch_add_event(struct net_device *dev)
{unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&lweventlist_lock, flags);dev->link_watch_next = lweventlist;lweventlist = dev;spin_unlock_irqrestore(&lweventlist_lock, flags);
}

事件的处理

通过linkwatch_schedule_work()调度事件，这里涉及到延迟任务的执行原理，不是我们关注的重点，直接看处理事件的处理。

static unsigned long linkwatch_nextevent;static void __linkwatch_run_queue(int urgent_only)
{struct net_device *next;/** Limit the number of linkwatch events to one* per second so that a runaway driver does not* cause a storm of messages on the netlink* socket.  This limit does not apply to up events* while the device qdisc is down.*/// 对于非紧急事件，下次延迟任务的执行最少在1s以后if (!urgent_only)linkwatch_nextevent = jiffies + HZ;/* Limit wrap-around effect on delay. */else if (time_after(linkwatch_nextevent, jiffies + HZ))linkwatch_nextevent = jiffies;// 正在处理，清除LW_URGENT标志clear_bit(LW_URGENT, &linkwatch_flags);// 处理LINKWATCH事件队列spin_lock_irq(&lweventlist_lock);next = lweventlist;lweventlist = NULL;spin_unlock_irq(&lweventlist_lock);while (next) {struct net_device *dev = next;next = dev->link_watch_next;// 只处理紧急事件，但当前事件不是紧急事件，那么等待正常调度到后执行if (urgent_only && !linkwatch_urgent_event(dev)) {linkwatch_add_event(dev);continue;}/** Make sure the above read is complete since it can be* rewritten as soon as we clear the bit below.*/smp_mb__before_clear_bit();/* We are about to handle this device,* so new events can be accepted*/// 清除PENDING标记clear_bit(__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING, &dev->state);rfc2863_policy(dev);if (dev->flags & IFF_UP) {// 根据状态使能或者禁用网络设备if (netif_carrier_ok(dev))dev_activate(dev);elsedev_deactivate(dev);// 设备状态发生了变化，通过RT_NETLINK通知用户空间netdev_state_change(dev);}dev_put(dev);}// 如果LINKWATCH队列非空，触发下一次延迟任务的执行（上述处理过程中，外部可能又设置了该队列）if (lweventlist)linkwatch_schedule_work(0);
}

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