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Linux数据报文接收发送总结4
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二、系统初始化
Linux驱动,内核协议栈等等模块在具备接收网卡数据包之前,要做很多的准备工作才行。比如要提前创建好ksoftirqd内核线程,要注册好各个协议对应的处理函数,网络设备子系统要提前初始化好,网卡要启动好。只有这些都Ready之后,我们才能真正开始接收数据包。那么我们现在来看看这些准备工作都是怎么做的。
Linux的子系统、模块均定义了一定的启动级别,在start_kernel函数中,按顺序启动
/* initcalls are now grouped by functionality into separate
* subsections. Ordering inside the subsections is determined
* by link order.
* For backwards compatibility, initcall() puts the call in
* the device init subsection.
*
* The `id' arg to __define_initcall() is needed so that multiple initcalls
* can point at the same handler without causing duplicate-symbol build errors.
*/
#define __define_initcall(fn, id) \
static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
__attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn; \
LTO_REFERENCE_INITCALL(__initcall_##fn##id)
/*
* Early initcalls run before initializing SMP.
*
* Only for built-in code, not modules.
*/
#define early_initcall(fn) __define_initcall(fn, early)
/*
* A "pure" initcall has no dependencies on anything else, and purely
* initializes variables that couldn't be statically initialized.
*
* This only exists for built-in code, not for modules.
* Keep main.c:initcall_level_names[] in sync.
*/
#define pure_initcall(fn) __define_initcall(fn, 0)
#define core_initcall(fn) __define_initcall(fn, 1)
#define core_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 1s)
#define postcore_initcall(fn) __define_initcall(fn, 2)
#define postcore_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 2s)
#define arch_initcall(fn) __define_initcall(fn, 3)
#define arch_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 3s)
#define subsys_initcall(fn) __define_initcall(fn, 4)
#define subsys_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 4s)
#define fs_initcall(fn) __define_initcall(fn, 5)
#define fs_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 5s)
#define rootfs_initcall(fn) __define_initcall(fn, rootfs)
#define device_initcall(fn) __define_initcall(fn, 6)
#define device_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 6s)
#define late_initcall(fn) __define_initcall(fn, 7)
#define late_initcall_sync(fn) __define_initcall(fn, 7s)
#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
2.1 创建ksoftirqd内核线程
Linux的软中断都是在专门的内核线程(ksoftirqd)中进行的,因此我们非常有必要看一下这些进程是怎么初始化的,这样我们才能在后面更准确地了解收包过程。该进程数量不是1个,而是N个,其中N等于你的机器的核数。
系统初始化的时候执行spawn_ksoftirq -> smpboot_register_percpu_thread->smpboot_register_percpu_thread_cpumask->__smpboot_create_thread,
该函数创建出softirqd内核线程(位于kernel/softirq.c, 线程主函数smpboot_thread_fn)。
相关代码如下:
//file: kernel/softirq.c
static struct smp_hotplug_thread softirq_threads = {
.store = &ksoftirqd,
.thread_should_run = ksoftirqd_should_run,
.thread_fn = run_ksoftirqd,
.thread_comm = "ksoftirqd/%u",};
static __init int spawn_ksoftirqd(void){
register_cpu_notifier(&cpu_nfb); // 为每个CPU创建一个处理软件中断的线程
BUG_ON(smpboot_register_percpu_thread(&softirq_threads));
return 0;
}
early_initcall(spawn_ksoftirqd); // 将函数放至对应级别的初始化位置
//file : kernel/smp_boot.c
static int smpboot_thread_fn(void *data)
{
struct smpboot_thread_data *td = data;
struct smp_hotplug_thread *ht = td->ht;
while (1) {
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
preempt_disable();
if (kthread_should_stop()) {
__set_current_state(TASK_RUNNING);
preempt_enable();
/* cleanup must mirror setup */
if (ht->cleanup && td->status != HP_THREAD_NONE)
ht->cleanup(td->cpu, cpu_online(td->cpu));
kfree(td);
return 0;
}
if (kthread_should_park()) {
__set_current_state(TASK_RUNNING);
preempt_enable();
if (ht->park && td->status == HP_THREAD_ACTIVE) {
BUG_ON(td->cpu != smp_processor_id());
ht->park(td->cpu);
td->status = HP_THREAD_PARKED;
}
kthread_parkme();
/* We might have been woken for stop */
continue;
}
BUG_ON(td->cpu != smp_processor_id());
/* Check for state change setup */
switch (td->status) {
case HP_THREAD_NONE:
__set_current_state(TASK_RUNNING);
preempt_enable();
if (ht->setup)
ht->setup(td->cpu);
td->status = HP_THREAD_ACTIVE;
continue;
case HP_THREAD_PARKED:
__set_current_state(TASK_RUNNING);
preempt_enable();
if (ht->unpark)
ht->unpark(td->cpu);
td->status = HP_THREAD_ACTIVE;
continue;
}
if (!ht->thread_should_run(td->cpu)) { // 检测软件是否有可运行软中断
preempt_enable_no_resched();
schedule();
} else {
__set_current_state(TASK_RUNNING);
preempt_enable();
ht->thread_fn(td->cpu); // 执行注册的软件中断函数
}
}
}
当ksoftirqd被创建出来以后,它就会进入自己的线程循环函数ksoftirqd_should_run和run_ksoftirqd了。不停地判断有没有软中断需要被处理。这里需要注意的一点是,软中断不仅仅只有网络软中断,还有其它类型。
//file: include/linux/interrupt.h
enum{
HI_SOFTIRQ=0,
TIMER_SOFTIRQ,
NET_TX_SOFTIRQ,
NET_RX_SOFTIRQ,
BLOCK_SOFTIRQ,
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ,
SCHED_SOFTIRQ,
HRTIMER_SOFTIRQ,
RCU_SOFTIRQ,
};
内容总结
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