ifconfig源码分析之与内核交互数据

《ifconfig源码分析之与内核交互数据》
本文档的Copyleft归rosetta所有，使用GPL发布，可以自由拷贝、转载，转载时请保持文档的完整性。
参考资料：《Linux设备驱动程序 第三版》，scull源码，Linux内核源码
来源：http://blog.youkuaiyun.com/rosetta/article/details/7563615

    ifconifg是Linux提供的一个操作网络接口的应用层程序，虽然和设备驱动编写没什么联系，但分析它的部分核心代码有助于理解应用层和内核层交互过程。
    这也是对《字符设备驱动程序编写基础》最后提出的问题的一个解答。
    ifconifg.c文件一千多行再加上相关公共文件大概会达到二千行，只分析其与内核交互过程，其它部分有兴趣的朋友可以自行分析。

知识点：
* 获取ifconfig源码方法。
* ifconfig 输出结果解释。
* 应用层和内核层交互过程。
* ioctl的使用。
* 认识/proc/net/dev。

一、获取ifconifg源码包并编译。
  [root@xxx net-tools-1.60]# type ifconfig          
  ifconfig is hashed (/sbin/ifconfig)
  [root@xxx net-tools-1.60]# rpm -qf /sbin/ifconfig
  net-tools-1.60-78.el5
  可知ifconfig属于net-tools源码包，下载之。net-tools源码包不仅包含ifconifg,还包含常用的arp、route、netstat等工具源码。
 
  直接make，应该会有错误，按着错误提示修改下源码即可。

二、ifconifg eth0执行结果解释
  [root@ xxx]# ./ifconfig eth0
  eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:9a:26:37  
            inet addr:192.168.95.162  Bcast:192.168.95.255  Mask:255.255.255.0
            inet6 addr: fe80::21c:29ff:fe9b:2637/64 Scope:Link
            UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
            RX packets:2495308 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
            TX packets:2215616 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
            collisions:0 txqueuelen:1000
            RX bytes:998016881 (951.7 MiB)  TX bytes:886972155 (845.8 MiB)
            Interrupt:18 Base address:0x2000
  Link encap:Ethernet   本网卡接入的网络的类型是以太网。
  HWaddr 00:0C:29:9a:26:37   本网卡的硬件地址。
  inet6 addr: fe80::21c:29ff:fe9b:2637/64 Scope:Link  ipv6地址。
  UP 网卡状态为开启。
  BROADCAST 支持广播。
  RUNNING 网卡的网线被接上。
  MULTICAST  支持多播。
  MTU:1500 IP数据包的最大长度，带IP头。
  RX表示接收数据包的情况。
  TX表示发送数据包的情况。
  如果网卡已经完成配置却还是无法与其它设备通信，那么从RX 和TX 的显示数据上可以简单地分析一下故障原因。在这种情况下，如果接收和传送的包的计数(packets)增加，那有可能是系统的IP地址出现了冲突；如果看到大量的错误(errors)和冲突(Collisions)，那么这很有可能是网络的传输介质出了问题，例如网线不通或hub损坏。
  collisions： 网络讯号碰撞的情况说明
  txqueuelen： 传输缓区长度大小

三、认识/proc/net/dev
    这里列出了所有网络设备的其属性状态和收发包情况。ifconfig会open这个设备查找匹配信息。
  [root@xxx ipsec]# cat /proc/net/dev    
  Inter-|   Receive                                                |  Transmit
   face |bytes    packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes    packets errs drop fifo colls carrier compressed
      lo:   14920     167    0    0    0     0          0         0    14920     167    0    0    0     0       0          0
    eth0:104165628  231316    5    5    0     0          0         0 27195571  185064    0    0    0     0       0          0
    eth1:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
    eth2:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
    sit0:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
  ipsec0:     128       2    0    0    0     0          0         0      900       6    0    0    0     0       0          0
  ipsec1:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
  ipsec2:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
  ipsec3:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
     sn0:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
     sn1:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0

四、分析./ifconfig eth0 源码执行流程
  前面部分是对选项的解析判断，给出函数调用过程，具体内容跳过。
  //ifconfig.c
  main()
   ->if_print()//输入参数为"eth0"
     ->lookup_interface()
     ->do_if_fetch()
       ->if_fetch()//从内核获取网卡信息，也是和内核交互的核心
       ->ife_print()//再把接收到的数据以第二步的格式打出

    int if_fetch(struct interface *ife)
  {
      struct ifreq ifr;
      int fd;
      char *ifname = ife->name;
 
      strcpy(ifr.ifr_name, ifname);
      if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0)//skfd为本地域套接字，SIOCGIFFLAGS为传给内核的cmd,ifr接收从内核返回的数据。
      return (-1);
      ife->flags = ifr.ifr_flags;
 
      strcpy(ifr.ifr_name, ifname);
      if (ioctl(skfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) < 0)
      memset(ife->hwaddr, 0, 32);
      else
      memcpy(ife->hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 8);
 
      ife->type = ifr.ifr_hwaddr.sa_family;
      
      ……  
  }

  讲到这里，我觉得就讲完了，虽然没有很高深的内容，但原本在脑海中模糊的概念已经变得清晰。

  再帖上一段内核有关ioctl处理的源码：
int dev_ioctl(unsigned int cmd, void __user *arg)
{
    struct ifreq ifr;
    int ret;
    char *colon;

    /* One special case: SIOCGIFCONF takes ifconf argument
       and requires shared lock, because it sleeps writing
       to user space.
     */

    if (cmd == SIOCGIFCONF) {
        rtnl_shlock();
        ret = dev_ifconf((char __user *) arg);
        rtnl_shunlock();
        return ret;
    }
    if (cmd == SIOCGIFNAME)
        return dev_ifname((struct ifreq __user *)arg);

    if (copy_from_user(&ifr, arg, sizeof(struct ifreq)))
        return -EFAULT;

    ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = 0;
    colon = strchr(ifr.ifr_name, ':');
    if (colon)
        *colon = 0;

    /*
     *  See which interface the caller is talking about.
     */

    switch (cmd) {
        /*
         *  These ioctl calls:
         *  - can be done by all.
         *  - atomic and do not require locking.
         *  - return a value
         */
        case SIOCGIFFLAGS://here case
        case SIOCGIFMETRIC:
        case SIOCGIFMTU:
        case SIOCGIFHWADDR:
        case SIOCGIFSLAVE:
        case SIOCGIFMAP:
        case SIOCGIFINDEX:
        case SIOCGIFTXQLEN:
            dev_load(ifr.ifr_name);
            read_lock(&dev_base_lock);
            ret = dev_ifsioc(&ifr, cmd);//here
            read_unlock(&dev_base_lock);
            if (!ret) {
                if (colon)
                  *colon = ':';
                                if (copy_to_user(arg, &ifr,
                                         sizeof(struct ifreq)))
                                    ret = -EFAULT;
                            }
                            return ret;
    ……
    }
    
     /*          
     *  Perform the SIOCxIFxxx calls.
     */             
    static int dev_ifsioc(struct ifreq *ifr, unsigned int cmd)
    {               
        int err;             
        struct net_device *dev = __dev_get_by_name(ifr->ifr_name);
                
        if (!dev)
            return -ENODEV;
            
        switch (cmd) {
            case SIOCGIFFLAGS:  /* Get interface flags */
                ifr->ifr_flags = dev_get_flags(dev);//给ifr赋值
                return 0;
                
            case SIOCSIFFLAGS:  /* Set interface flags */
                return dev_change_flags(dev, ifr->ifr_flags);
    ……
    }