ethtool源码分析

2015-03-30 19:11 GNU/Linux程序 1.8k 字次

ethtool功能十分强大，本文就其源码进行简单的分析，一来很久没好好分析过别人家的代码，和代码几乎都脱节了；二来趁机整理下自己最近所搞的东西。

本文使用的版本下载地址：http://sourceforge.net/projects/gkernel/files/ethtool/2.6.35/
最新的代码在linux kernel官网上：https://www.kernel.org/pub/software/network/ethtool/

代码树结构

主代码：所有主要代码在ethtool.c这个文件。
头文件：类型定义和打印各网卡的寄存器函数在ethtool-util.h头文件，另外该工程没有使用系统提供的ethtool.h头文件，而是在ethtool-copy.h重新定义了ethtool_cmd结构体，也定义了ioctl函数使用到的命令ETHTOOL_GSET、ETHTOOL_SSET等，另外也定义了如SUPPORTED_10baseT_Half、SUPPORTED_10baseT_Full、SUPPORTED_100baseT_Half、SUPPORTED_100baseT_Full、ADVERTISED_10baseT_Half这类宏，总之，从其文件名称可以知道，其实它就是系统的ethtool.h的拷贝。
其它文件：其它大部分文件是打印不同网卡寄存器的实现代码，比如intel的有e100.c、e1000.c、igb.c等，realtek的有realtek.c文件。

代码讲解

主函数十分简单，如下：

int main(int argc, char **argp, char **envp)
{
    parse_cmdline(argc, argp);
    return doit();
}

其中用以分析用户传入的参数，而doit是真正执行的函数，它们使用全局变量来传递参数，所以显示主函数十分简单。
在这里先总结一下ethtool使用的形式，以便有一个认识：

struct ifreq ifr; // 定义ifreq
struct ethtool_cmd ecmd; // 定义ethtool_cmd结构体
 
strcpy(ifr.ifr_name, devname); //指定网卡名称
fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 打开socket
ecmd.cmd = ETHTOOL_GSET; // ethtool的某一命令
ifr.ifr_data = (caddr_t)&ecmd;
ioctl(fd, SIOCETHTOOL, &ifr); // 执行SIOCETHTOOL

变量及函数

上面提到真正执行的函数是doit()，其实它是根据不同的mode来执行不同的函数的，这些函数一般是do_XX的形式。其中第一个参数为socket描述符，第二个是ifreq结构体指针，ifreq是所有socket的ioctl用到的结构体，具体可以看头文件的定义。这类的函数列举几个，如下：

1
2
3

static int do_gdrv(int fd, struct ifreq *ifr); // 获取驱动信息
static int do_gset(int fd, struct ifreq *ifr); // 获取网卡参数
static int do_sset(int fd, struct ifreq *ifr); // 设置网卡参数

这些函数没有看到SIOCETHTOOL，是因为调用了send_ioctl：

static int send_ioctl(int fd, struct ifreq *ifr)
{
    return ioctl(fd, SIOCETHTOOL, ifr);
}

mode为枚举，如下：

static enum {
    MODE_HELP = -1,
    MODE_GSET=0,
    MODE_SSET,
    MODE_GDRV,
    MODE_GREGS,
    MODE_NWAY_RST,
    MODE_GEEPROM,
    MODE_SEEPROM,
    MODE_TEST,
    MODE_PHYS_ID,
    MODE_GPAUSE,
    MODE_SPAUSE,
    MODE_GCOALESCE,
    MODE_SCOALESCE,
    MODE_GRING,
    MODE_SRING,
    MODE_GOFFLOAD,
    MODE_SOFFLOAD,
    MODE_GSTATS,
    MODE_GNFC,
    MODE_SNFC,
    MODE_GRXFHINDIR,
    MODE_SRXFHINDIR,
    MODE_SNTUPLE,
    MODE_GNTUPLE,
    MODE_FLASHDEV,
    MODE_PERMADDR,
} mode = MODE_GSET;

另外，有许多静态全局变量用于传递参数，如：

static int speed_wanted = -1; // 手动指定的网速，比如百兆，则此值为100，千兆为1000
static int duplex_wanted = -1; // 全双工或半双工
static int autoneg_wanted = -1; // 自动协商
static int advertising_wanted = -1; 
static int gset_changed = 0; // 在设置网卡信息时，此标志是否需要先读取网卡再进行设置

像网速、双工这类的参数，在ethtool-copy.h定义有，如：

/* The forced speed, 10Mb, 100Mb, gigabit, 2.5Gb, 10GbE. */
#define SPEED_10        10
#define SPEED_100        100
#define SPEED_1000        1000
#define SPEED_2500        2500
#define SPEED_10000        10000

/* Duplex, half or full. */
#define DUPLEX_HALF        0x00
#define DUPLEX_FULL        0x01

自动协商的定义：

1 2	#define AUTONEG_DISABLE 0x00 #define AUTONEG_ENABLE 0x01

其它的函数、变量还有很多，不一一列举出来了。

参数解析

ethtool的帮助信息使用结构体option来管理。通过show_usage来打印。定义如下：

static struct option {
    char *srt, *lng;
    int Mode;
    char *help;
    char *opthelp;
}

这个结构体内容比较多，具体参考代码。先看看解析用户参数的parse_cmdline函数，

操作函数

doit函数如下：

static int doit(void)
{
    struct ifreq ifr;
    int fd;

    /* Setup our control structures. */
    memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
    strcpy(ifr.ifr_name, devname);

    /* Open control socket. */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("Cannot get control socket");
        return 70;
    }

    /* all of these are expected to populate ifr->ifr_data as needed */
    if (mode == MODE_GDRV) {
        return do_gdrv(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GSET) {
        return do_gset(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SSET) {
        return do_sset(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GREGS) {
        return do_gregs(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_NWAY_RST) {
        return do_nway_rst(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GEEPROM) {
        return do_geeprom(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SEEPROM) {
        return do_seeprom(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_TEST) {
        return do_test(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_PHYS_ID) {
        return do_phys_id(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GPAUSE) {
        return do_gpause(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SPAUSE) {
        return do_spause(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GCOALESCE) {
        return do_gcoalesce(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SCOALESCE) {
        return do_scoalesce(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GRING) {
        return do_gring(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SRING) {
        return do_sring(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GOFFLOAD) {
        return do_goffload(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SOFFLOAD) {
        return do_soffload(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GSTATS) {
        return do_gstats(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GNFC) {
        return do_grxclass(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SNFC) {
        return do_srxclass(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GRXFHINDIR) {
        return do_grxfhindir(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SRXFHINDIR) {
        return do_srxfhindir(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_SNTUPLE) {
        return do_srxntuple(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_GNTUPLE) {
        return do_grxntuple(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_FLASHDEV) {
        return do_flash(fd, &ifr);
    } else if (mode == MODE_PERMADDR) {
        return do_permaddr(fd, &ifr);
    }

    return 69;
}

这个函数先是将网卡名称赋值给ifreq结构体的ifr_name，再打开socket，然后再调用do_XX形式的函数。虽然调用的函数很多，但结构很清晰，只需了解我们当前是执行哪一种模式的，跟进该函数即可一步一步分析。下面看看执行ethtool eth0的过程，这是输出指定网卡信息的命令。首先看其输出结果，如下：

root@localhost:~# ethtool eth0
Settings for eth0:
        Supported ports: [ TP ]
        Supported link modes:   10baseT/Half 10baseT/Full  // 支持十兆/百兆/千兆半双工、全双工模式
                                100baseT/Half 100baseT/Full
                                1000baseT/Full 
        Supported pause frame use: Symmetric // 当前支持的暂停帧模式为Symmetric
        Supports auto-negotiation: Yes // 支持自动协商，一般都是支持的
        Advertised link modes:  10baseT/Half 10baseT/Full // 同上
                                100baseT/Half 100baseT/Full
                                1000baseT/Full
        Advertised pause frame use: Symmetric // 这里暂时还不知道是什么意思
        Advertised auto-negotiation: Yes // 同上
        Speed: 1000Mb/s // 当前是千兆，如网络断开，此处显示Unknown
        Duplex: Full    // 双全工
        Port: Twisted Pair // 双绞线
        PHYAD: 1 // PHY地址
        Transceiver: internal
        Auto-negotiation: on // 自动协商
        MDI-X: off (auto)
        Supports Wake-on: pumbg
        Wake-on: g
        Current message level: 0x00000007 (7)
                               drv probe link
        Link detected: yes // 当前已经连接到网络中(如交换机)，如果拨掉网线，则显示on

(说实话，这里及手册中提到的“Advertised”我还不太知道该怎么理解。)
各种的信息都有，连接模式、暂停帧、自动协商、当前的网速、双工、接口类型、是否已连接上，等等。不详细分析代码了，主要流程如下所示：
``
main
-> doit
-> do_gset
-> send_ioctl(ETHTOOL_GSET)
-> dump_ecmd
-> dump_supported (打印支持的端口、速率)
-> 打印支持端口 “ Supported ports: [ “
-> 打印支持速率 “ Supported link modes: “
-> 打印自动协商 “ Supports auto-negotiation: “
-> dump_advertised
-> 打印支持速率” Advertised link modes: “
-> 打印支持暂停帧” Advertised pause frame use: “
-> 打印自动协商” Advertised auto-negotiation: “
-> 打印速率” Speed: “
-> 打印双工” Duplex: “
-> 打印端口” Port: “
-> 打印地址” PHYAD: %d\n”
-> 打印” Transceiver: “
-> 打印自动协商” Auto-negotiation: %s\n”
-> 如果是PORT_TP，打印” MDI-X: “
-> send_ioctl(ETHTOOL_GWOL)
-> dump_wol
-> 打印WOL支持”Supports Wake-on:”
-> send_ioctl(ETHTOOL_GMSGLVL)
-> 打印信息等级”Current message level”
-> send_ioctl(ETHTOOL_GLINK)
-> 打印连接状态”Link detected:”

```

李迟 2015年3月30日写，4月上旬补充

本文作者：李迟
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本文链接：http://www.latelee.org/programming-under-linux/ethtool-source-code-note.html