课程设计（论文）-linux网络设备驱动程序设计

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1、彭胜《Linux网络驱动程序设计》第24页共24页1引言Linux网络设备驱动程序是Linux操作系统网络应用中的一个重要的组成部分，分析其运行机理，对于设计Linux网络应用程序是很有帮助的。我们可以在网络驱动程序这一级做一些与应用相关联的特殊事情，例如，在设计Linux防火墙和网络入侵检测系统时可以在网络驱动程序的基础上拦截网络数据包，继而对其进行分析。由于Linux是开放源代码的，这给我们提供了一个绝好的机会来分析和改造网络驱动程序使其满足自己的特殊应用。本文就Linux内核中的网络驱动程序部分进行了详细的讨

2、论，并给出了实现Linux网络驱动程序的重要过程及一种实现模式和具体实例。随着当今世界经济的发展，计算机网络被广泛应用到各个领域，而网络设备的应用都必须要驱动程序来驱动，因而设计功能强大的网络设备驱动程序设计成为开发和设计的关键，而Linux操作系统源代码的开放性和较强的可移植性味操作人员提供了一个分析和编写网络驱动程序的优越环境，可以达到特殊应用的要求。1.1Linux设备驱动程序分类Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例，源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。在Linux内核的不断

3、升级过程中，驱动程序的结构还是相对稳定。在2.0.xx到2.2.xx的变动里，驱动程序的编写做了一些改变，但是从2.0.xx的驱动到2.2.xx的移植只需做少量的工作。Linux系统的设备分为字符设备(chardevice)，块设备(blockdevice)和网络设备(networkdevice)三种。字符设备是指存取时没有缓存的设备。块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(randomaccess)，字符设备则没有这个要求。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-

4、ROM等。一个文件系统要安装进入操作系统必须在块设备上。网络设备在Linux里做专门的处理。Linux的网络系统主要是基于BSDunix的socket机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据的传递。系统里支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持【1】。彭胜《Linux网络驱动程序设计》第24页共24页1.2驱动程序的一些基本概念无论是什么操作系统的驱动程序，都有一些通用的概念。操作系统提供给驱动程序的支持也大致相同。下面简单介绍一下网络设备驱动程序的一些

5、基本要求。（1）发送和接收这是一个网络设备最基本的功能。一块网卡所做的无非就是收发工作。所以驱动程序里要告诉系统你的发送函数在哪里，系统在有数据要发送时就会调用你的发送程序。还有驱动程序由于是直接操纵硬件的，所以网络硬件有数据收到最先能得到这个数据的也就是驱动程序，它负责把这些原始数据进行必要的处理然后送给系统。这里，操作系统必须要提供两个机制，一个是找到驱动程序的发送函数，一个是驱动程序把收到的数据送给系统【2】。（2）中断中断在现代计算机结构中有重要的地位。操作系统必须提供驱动程序响应中断的能力。一般是把一个

6、中断处理程序注册到系统中去。操作系统在硬件中断发生后调用驱动程序的处理程序。Linux支持中断的共享，即多个设备共享一个中断。（3）时钟在实现驱动程序时，很多地方会用到时钟。如某些协议里的超时处理，没有中断机制的硬件的轮询等。操作系统应为驱动程序提供定时机制。一般是在预定的时间过了以后回调注册的时钟函数。在网络驱动程序中，如果硬件没有中断功能，定时器可以提供轮询(poll)方式对硬件进行存取。或者是实现某些协议时需要的超时重传等【3】。彭胜《Linux网络驱动程序设计》第24页共24页2驱动程序设计原理2.1体系

7、结构dev_queue_xmit()netif_rx()structdevice数据包发送hard_start_xmit()网络物理设备媒介中断处理（数据包接收）网络协议接口层网络设备接口层设备驱动功能层设备媒介层图1Linux网络驱动程序体系结构Linux网络驱动程序的体系结构如图1所示。可以划分为四层，从上到下分别为协议接口层，网络设备接口层，再就是提供实际功能的设备驱动功能层，以及网络设备和网络媒介层。我们在设计网络驱动程序时，最主要的工作就是完成设备驱动功能层，使其满足我们自己所需的功能。在Linux中对所

8、有网络设备都抽象为一个接口，这个接口提供了对所有网络设备的操作集合。由数据结构structdevice来表示网络设备在内核中的运行情况，即网络设备接口，它既包括纯软件网络设备接口，如环路（Loopback），也可以包括硬件网络设备接口，如以太网卡。而由以dev_base为头指针的设备链表来集体管理所有网络设备，该设备链表中的每个元素代表一个网络设备接口。数据