NAPI技術(shù)在Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用和完善

1、NAPI 技術(shù)在 Linux 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用和完善前言：NAPI 是 Linux 上采納的一種提升網(wǎng)絡(luò)處理效率的技術(shù)，它的核 心概念確實(shí)是不采納中斷的方式讀取數(shù)據(jù)，而代之以第一采納中斷喚醒數(shù) 據(jù)接收的服務(wù)程序，然后 POLL 的方法來(lái)輪詢數(shù)據(jù)， （類似于底半（ botto m-half）處理模式）；從我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中所得到的數(shù)據(jù)來(lái)看，在隨著網(wǎng)絡(luò)的接 收速度的增加， NIC 觸發(fā)的中斷能做到持續(xù)減少，目前 NAPI 技術(shù)差不多 在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)層和網(wǎng)絡(luò)層得到了廣泛的應(yīng)用， 驅(qū)動(dòng)層次上差不多有 E1000 系 列網(wǎng)卡， RTL8139 系列網(wǎng)卡， 3c50X 系列等主流的網(wǎng)絡(luò)適配器都采納了那 個(gè)技術(shù)，而在

2、網(wǎng)絡(luò)層次上， NAPI 技術(shù)差不多完全被應(yīng)用到了聞名的 netif _rx 函數(shù)中間，同時(shí)提供了專門的 POLL 方法-process_backlog 來(lái)處理輪 詢的方法；按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采納 NAPI 技術(shù)能夠大大改善短長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包接 收的效率，減少中斷觸發(fā)的時(shí)刻；由于 RTL8139CP 是一種應(yīng)用比較廣泛 的網(wǎng)絡(luò)適配器， 因此本文以其為例， 講明了 NAPI 技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)適配器上的應(yīng) 用和差不多原理。然而 NAPI 存在一些比較嚴(yán)峻的缺陷：而關(guān)于上層的應(yīng)用程序而 言，系統(tǒng)不能在每個(gè)數(shù)據(jù)包接收到的時(shí)候都能夠及時(shí)地去處理它，而且隨 著傳輸速度增加，累計(jì)的數(shù)據(jù)包將會(huì)耗費(fèi)大量的內(nèi)存，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明在

3、Li nux 平臺(tái)上那個(gè)咨詢題會(huì)比在 FreeBSD 上要嚴(yán)峻一些；另外采納 NAPI 所造成的另外一個(gè)咨詢題是關(guān)于大的數(shù)據(jù)包處理比較困難，緣故是大的數(shù) 據(jù)包傳送到網(wǎng)絡(luò)層上的時(shí)候耗費(fèi)的時(shí)刻比短數(shù)據(jù)包長(zhǎng)專門多（即使是采納 DMA 方式），因此正如前面所講的那樣， NAPI 技術(shù)適用于對(duì)高速率的短 長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包的處理， 在本文的末尾提出了 NAPI 的改善方法， 和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。使用 NAPI 先決條件：驅(qū)動(dòng)能夠連續(xù)使用老的 2.4 內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序接口， NAPI 的 加入并可不能導(dǎo)致向前兼容性的喪失，然而 NAPI 的使用至少要得到下面 的保證：A. 要使用DMA的環(huán)形輸入隊(duì)列（也確實(shí)是 ring

4、_dma,那個(gè)在 2.4 驅(qū)動(dòng)中關(guān)于 Ethernet 的部分有詳細(xì)的介紹） ，或者是有足夠的內(nèi)存空間 緩存驅(qū)動(dòng)獲得的包。B. 在發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)包產(chǎn)生中斷的時(shí)候有能力關(guān)斷 NIC 中斷的 事件處理， 同時(shí)在關(guān)斷 NIC 以后，并不阻礙數(shù)據(jù)包接收到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的環(huán)形 緩沖區(qū)（以下簡(jiǎn)稱rx-ri ng）處理隊(duì)列中。NAPI 對(duì)數(shù)據(jù)包到達(dá)的事件的處理采納輪詢方法， 在數(shù)據(jù)包達(dá)到的 時(shí)候， NAPI 就會(huì)強(qiáng)制執(zhí)行 dev->poll 方法。而和不象往常的驅(qū)動(dòng)那樣為了 減少包到達(dá)時(shí)刻的處理延遲，通常采納中斷的方法來(lái)進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)注意的是，通過(guò)測(cè)試如果 DEC Tulip 系列（ DE21x4x 芯片）

5、以及 National Semi 的部分網(wǎng)卡芯片，的測(cè)試表明如果把從前中斷處理的 部分都改換用設(shè)備的 POLL 方法去執(zhí)行，那么會(huì)造成輕微的延遲，因此在 進(jìn)行 MII （介質(zhì)無(wú)關(guān)） 的操作上就需要一些小小的訣竅 ,詳見(jiàn) mii_check_me dia的函數(shù)處理流程，本文不做詳細(xì)討論。在下面顯示的例子表示了在 8139 中如何把處理過(guò)程放在 dev 的 poll 方法中，把所有的原先中斷應(yīng)該處理的過(guò)程放在了 POLL 方法里 面，篇幅起見(jiàn)，我們只介紹接收的 POLL 方法。在下面的 8139CP 驅(qū)動(dòng)程序介紹中表明了能夠把在中斷程序中所 做的任何情況放在 POLL 方法中去做，因此不同的 NI

6、C 在中斷中所要處 理的狀態(tài)和事件是不一樣的。C 有防止 NIC 隊(duì)列中排隊(duì)的數(shù)據(jù)包沖突的能力。當(dāng)關(guān)斷發(fā)送 /接收事件中斷的時(shí)候， NAPI 將在 POLL 中被調(diào)用處 理，由于 POLL 方法的時(shí)候， NIC 中斷差不多不能通知包到達(dá)，那么那個(gè) 時(shí)候在如果在完成輪詢， 同時(shí)中斷打開(kāi)以后， 會(huì)趕忙有一個(gè) NIC 中斷產(chǎn)生， 從而觸發(fā)一次 POLL 事件，這種在中斷關(guān)斷時(shí)刻到達(dá)的包我們稱為 "rotting "；如此就會(huì)在 POLL 機(jī)制和 NIC 中斷之間產(chǎn)生一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)，解決的方法確 實(shí)是利用網(wǎng)卡的接收狀態(tài)位， 連續(xù)接收環(huán)形隊(duì)列緩沖 rx-ring 中的數(shù)據(jù)， 直 到?jīng)]有數(shù)據(jù)

7、接收以后，才使能中斷。-2.網(wǎng)絡(luò)核心層（net core）調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用循環(huán)方式發(fā)送 數(shù)據(jù)包，在設(shè)備驅(qū)動(dòng)層接收數(shù)據(jù)包的時(shí)候完全無(wú)鎖的接收，而網(wǎng)絡(luò)核心層 則同樣要保證每次只有一個(gè)處理器能夠使用軟中斷處理接收隊(duì)列。- 3. 在多個(gè)處理器對(duì) NIC 的 rx-ring 訪咨詢的時(shí)刻只能發(fā)生在 對(duì)循環(huán)隊(duì)列調(diào)用關(guān)閉（close）和掛起（suspend方法的時(shí)候（在那個(gè)時(shí)刻 會(huì)試圖清除接收循環(huán)隊(duì)列）- 4. 數(shù)據(jù)同步的咨詢題（關(guān)于接收循環(huán)隊(duì)列來(lái)講） ，驅(qū)動(dòng)程序是不 需要考慮的網(wǎng)絡(luò)層上的程序差不多把這些情況做完了。- 5. 如果沒(méi)有把全部的部分交給 POLL 方法處理，那么 NIC 中 斷仍舊需要使能

8、，接收鏈路狀態(tài)發(fā)生變化和發(fā)送完成中斷仍舊和往常的處 理步驟一樣，如此處理的假設(shè)是接收中斷是設(shè)備負(fù)載最大的的情形，因此 并不能講如此一定正確。下面的部分將詳細(xì)介紹在接收事件中調(diào)用設(shè)備的 POLL 方法。NAPI 提供的重要函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)：核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct softnet_data 結(jié)構(gòu)內(nèi)的字段確實(shí)是 NIC 和網(wǎng)絡(luò)層之間處理 隊(duì)列,那個(gè)結(jié)構(gòu)是全局的，它從 NIC 中斷和 POLL 方法之間傳遞數(shù)據(jù)信息。 其中包含的字段有：struct softnet_dataintthrottle;/* 為 1 表示當(dāng)前隊(duì)列的數(shù)據(jù)包被禁止 */ intcng_level;/* 表示當(dāng)前處理器的數(shù)

9、據(jù)包處理?yè)砣潭?*/ intavg_blog;/*某個(gè)處理器的平均擁塞度*/struct sk_buff_headinput_pkt_queue;/*接收緩沖區(qū)的 sk_buff 隊(duì)列 */struct list_head poll_list;/*POLL 設(shè)備隊(duì)列頭 */struct net_device output_queue; /* 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送隊(duì)列的隊(duì)列頭 */struct sk_buffcompletion_queue; /*完成發(fā)送的數(shù)據(jù)包等待開(kāi)釋的隊(duì)列*/審調(diào)用時(shí) 11 LFKstrUct.嗣喚轍中斷備*7丨 等待調(diào)罔時(shí)拭來(lái)，_deviceba軟中斷kOg_dev;

10、/*表示當(dāng)一、/;核心API:V)那個(gè)函數(shù)被中E斷服1. netif rx sche卩網(wǎng)絡(luò)設(shè)ei39CP0fJPOLLr 法 cp_rx_poll，將設(shè)備I 層次的POLL處理隊(duì)列中去，排隊(duì)同時(shí)預(yù)備接收時(shí)返回的!數(shù)為1，同時(shí)觸發(fā)一個(gè)X_SOFTIRQ的軟中斷通知網(wǎng)絡(luò)層接收數(shù)握包p(dev)的 創(chuàng)帶0慚"方法添加到網(wǎng)絡(luò)調(diào)用 netif_rx_rescheduleY2. netif rx schedule數(shù)據(jù)包，在使用之前需要將創(chuàng)建新尿接字媛沖杷訓(xùn)mi許丁惜中匹 的物理排諜l提克皐 rx_ri Lg推備讓NI垸成確定設(shè)備處于運(yùn)行，而且設(shè)備還沒(méi)有被添加到網(wǎng)絡(luò)層的調(diào)度臺(tái)理隊(duì)列中，在調(diào)用n e

11、tif_rx_schedule之前會(huì)調(diào)用那步進(jìn)到下一，/x_r ing?T 行第中陸列的單社闊度臺(tái)3.n etif_rx_complete(dev)NET RPOLL 處把當(dāng)前指定的設(shè)備從 POLL隊(duì)列中清除，通常被設(shè)備的 指定設(shè)備方法調(diào)用，注意如果在 POLL隊(duì)列處于工 清除的，否則將會(huì)出錯(cuò)。作狀態(tài)的時(shí)沒(méi)育新的數(shù)噩到來(lái)，調(diào) 用 電ti f rM_cc)fliplet«POLL如何在8139CP使用NAPI :從POLL方法的本質(zhì)意義上來(lái)講就在于盡量減少中斷的數(shù)目，專 門在于大量的小長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包的時(shí)候，減少中斷，以達(dá)到不要讓整個(gè)操作 系統(tǒng)花費(fèi)太多的時(shí)刻在中斷現(xiàn)場(chǎng)的愛(ài)護(hù)和復(fù)原上，以便把

12、贏得的時(shí)刻用來(lái) 在我網(wǎng)絡(luò)層上的處理數(shù)據(jù)的傳輸，例如在下面介紹的8139CP中斷的處理過(guò)程中，目的就在于盡快把產(chǎn)生中斷的設(shè)備掛在poll_list,同時(shí)關(guān)閉接收中斷，最后直截了當(dāng)調(diào)用設(shè)備的POLL方法來(lái)處理數(shù)據(jù)包的接收，直到收到數(shù) 據(jù)包收無(wú)可收，或者是達(dá)到一個(gè)時(shí)刻片內(nèi)的調(diào)度完成。RTL8139C+的數(shù)據(jù)接收環(huán)形緩沖隊(duì)列：RTL8139C+ 的接收方式是一種全新的緩沖方式，能明顯的降低 C PU 接收數(shù)據(jù)造成的花費(fèi)，適合大型的服務(wù)器使用，適合 IP,TCP,UDP 等多 種方式的數(shù)據(jù)下載，以及連接IEEE802.1P， 802.1Q，VLAN 等網(wǎng)絡(luò)形式；在 8139CP 中分不有 64 個(gè)連續(xù)的

13、接收 / 發(fā)送描述符單元，對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的 環(huán)形緩沖隊(duì)列 -一個(gè)是高優(yōu)先級(jí)傳輸描述符隊(duì)列， 一個(gè)是一般優(yōu)先級(jí)傳輸符 描述隊(duì)列，一個(gè)是接收符描述隊(duì)列，每個(gè)環(huán)形緩沖隊(duì)列右 64 個(gè) 4 個(gè)雙字 的連續(xù)描述符組成，每個(gè)描述符有 4 個(gè)連續(xù)的雙字組成，每個(gè)描述符的開(kāi) 始地址在 256 個(gè)字節(jié)的位置對(duì)齊，接收數(shù)據(jù)之前，軟件需要預(yù)先分配一個(gè) DMA 緩沖區(qū)，一樣關(guān)于傳輸而言，緩沖區(qū)最大為 8Kbyte 同時(shí)把物理地 址鏈接在描述符的 DMA 地址描述單元，另外還有兩個(gè)雙字的單元表示對(duì) 應(yīng)的 DMA 緩沖區(qū)的接收狀態(tài)。在 /driver/net/8139CP.C 中關(guān)于環(huán)形緩沖隊(duì)列描述符的數(shù)據(jù)單元 如下表示：

14、struct cp_desc u32 opts1;/* 緩沖區(qū)狀態(tài)操縱符，包含緩沖區(qū)大 小，緩沖區(qū)傳輸啟動(dòng)位*/ u32 opts2;/*專門用于VLAN部分*/ u64 addr; /* 緩沖區(qū)的 DMA 地址 */ ;8139CP 的 NIC 中斷：static irqreturn_tcp_interrupt (int irq, void *dev_instance, struct pt_regs *regs)struct net_device *dev = dev_instance;struct cp_private *cp = dev->priv;u16 status;/* 檢查

15、 rx-ring 中是否有中斷到達(dá) */status = cpr16(IntrStatus);if (!status | (status = 0xFFFF)return IRQ_NONE;if (netif_msg_intr(cp)printk(KERN_DEBUG "%s: intr, status %04x cmd %02x cpcmd%04xn",dev->name, status, cpr8(Cmd), cpr16(CpCmd);/* 清除 NIC 中斷操縱器的內(nèi)容 */ cpw16(IntrStatus, status & cp_rx_intr_ma

16、sk); spin_lock(&cp->lock);/* 接收狀態(tài)寄存器表示有數(shù)據(jù)包到達(dá) */if (status & (RxOK | RxErr | RxEmpty | RxFIFOOvr) /*把當(dāng)前的產(chǎn)生中斷的 NIC設(shè)備掛在softnet_data中的POLL隊(duì)列 上，等待網(wǎng)絡(luò)上層上的應(yīng)用程序處理 */if (netif_rx_schedule_prep(dev) /*關(guān)閉接收中斷使能 */ cpw16_f(IntrMask, cp_norx_intr_mask);_netif_rx_schedule(dev);/*發(fā)送中斷的處理過(guò)程以及 8139C+的專門軟中斷

17、的處理過(guò)程，那 個(gè)地點(diǎn)我們不關(guān)懷 */if (status & (TxOK | TxErr | TxEmpty | SWInt) cp_tx(cp);/*如果發(fā)生鏈路變化的情形，需要檢查介質(zhì)無(wú)關(guān)接口(MII )的載波狀態(tài)同樣也發(fā)生變化，否則就要預(yù)備重新啟動(dòng) MII 接口*/if (status & LinkChg)mii_check_media(&cp->mii_if, netif_msg_link(cp), FALSE);/*如果PCI總線發(fā)生錯(cuò)誤，需要對(duì)8139C+的設(shè)備重新復(fù)位*/if (status & PciErr) u16 pci_status

18、;pci_read_config_word(cp->pdev, PCI_STATUS, &pci_status);pci_write_config_word(cp->pdev, PCI_STATUS, pci_status);printk(KERN_ERR "%s: PCI bus error, status=%04x, PCI status =%04xn",dev->name, status, pci_status);/* TODO: reset hardware */spin_unlock(&cp->lock);return IR

19、Q_HANDLED;把NIC掛在 POLL隊(duì)列(poll_list)上在 8139CP 的中斷程序能夠看到 _netif_rx_schedule 的調(diào)用方 式，它把 NIC 設(shè)備掛在 softnet_data 結(jié)構(gòu)中的 poll_list 隊(duì)列上，以便及時(shí) 的返回中斷，讓專門數(shù)據(jù)包處理 bottom-half 部分來(lái)進(jìn)行處理，我們先來(lái)看 一下 _netif_rx_schedule 的內(nèi)部工作流程。static inline void _netif_rx_schedule(struct net_device *dev)unsigned long flags;local_irq_save(flag

20、s);dev_hold(dev);/*把當(dāng)前NIC設(shè)備掛在POLL (poll_list)隊(duì)列中，等待喚醒軟中 斷以后進(jìn)行輪詢 */list_add_tail(&dev->poll_list, &_get_cpu_var(softnet_data).poll_lis t);/*確定當(dāng)前該設(shè)備所要預(yù)備接收的包大小 */if (dev->quota < 0)dev->quota += dev->weight;elsedev->quota = dev->weight;/*啟動(dòng)軟中斷，在表示所有中斷的狀態(tài)字irq_cpustat_t中關(guān)于軟中

21、斷字段 _softirq_pending 中，把關(guān)于網(wǎng)絡(luò)輪循接收軟中斷位置 1，等待調(diào)度時(shí)機(jī)來(lái)臨時(shí)候運(yùn)行該 中斷的句柄 net_rx_action。*/_raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ); local_irq_restore(flags);由 _netif_rx_schedule 啟動(dòng)的軟中斷的處理過(guò)程分析 軟中斷事件觸發(fā)前差不多在此設(shè)備子系統(tǒng)初始化時(shí)刻調(diào)用 subsys _initcall(net_dev_init) 在軟中斷操縱臺(tái)上被激活，掛在任務(wù)隊(duì)列 tasklet 上 預(yù)備在任務(wù)調(diào)度 schedule 的時(shí)刻運(yùn)行它了，那個(gè)里面最要緊的部分是調(diào)用

22、了 8139C+網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 POLL方法(dev->poll),從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的rx-ring隊(duì) 列中獲得數(shù)據(jù)，本來(lái)它應(yīng)當(dāng)放在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中斷服務(wù)程序中執(zhí)行的，按照我 們前面講明的那樣， POLL 方法以空間換取時(shí)刻的機(jī)制把它放在軟中斷部分 來(lái)執(zhí)行輪循機(jī)制 (采納類似老的 Bottom-half 機(jī)制也能夠達(dá)到同樣成效， 而 且更加容易明白得一些)在每次進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度的時(shí)候就會(huì)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟 中斷，輪詢 rx-ring 對(duì) NIC 進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。軟中斷的處理過(guò)程：static void net_rx_action(struct softirq_action *h)struct softnet_d

23、ata *queue = &_get_cpu_var(softnet_data); unsigned long start_time = jiffies;int budget = netdev_max_backlog;/*表示隊(duì)列的最大長(zhǎng)度 */*鎖定當(dāng)前線程， 多處理器的情形之下不能被其他處理器中斷處理*/preempt_disable();local_irq_disable();數(shù)據(jù)*/while (!list_empty(&queue->poll_list) struct net_device *dev;/* 那個(gè)地點(diǎn)保證執(zhí)行當(dāng)前的 POLL 過(guò)程的時(shí)刻不超過(guò)一個(gè)時(shí)

24、刻 片，如此不至于被軟中斷占用太多的時(shí)刻，如此在一次調(diào)度的時(shí)刻內(nèi)執(zhí)行完畢當(dāng)前的 POLL 過(guò)程， budget 表示一個(gè)時(shí)刻片內(nèi)最大數(shù)據(jù)傳輸?shù)?"塊數(shù) "，塊的意思為每個(gè) POLL 所完成 sk_buff 數(shù)量，每塊中間的 sk_buf f 數(shù)量為 dev->quota 決定，在 8139CP 驅(qū)動(dòng)中，budget 為 300，而 quota 為 16 表示每給時(shí)刻片最多能夠接收到 4.8K 的 sk_buff 數(shù)量 */if (budget <= 0 | jiffies - start_time > 1)goto softnet_break; local

25、_irq_enable();/* 從公共的 softnet_data 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的輪循隊(duì)列上獲得等待輪循 的設(shè)備結(jié)構(gòu) */dev = list_entry(queue->poll_list.next,struct net_device, poll_list);/* 調(diào)用設(shè)備的 POLL 方法從 NIC 上的 Ring Buffer 中讀入數(shù)據(jù) */ if (dev->quota <= 0 | dev->poll(dev, &budget) /* 完成一次 POLL 過(guò)程的數(shù)據(jù)的接收，重新定義設(shè)備接收數(shù)據(jù)的 " 配額"(事實(shí)上確實(shí)是 sk_bu

26、ff 緩沖區(qū)的數(shù)量，每次調(diào)用 POLL 方法的時(shí) 候能夠創(chuàng)建同時(shí)最多能夠向上層提交的 sk_buff 緩沖區(qū)數(shù)目 ,那個(gè)參數(shù)專門重要在高 速處理的時(shí)候有需要慎重優(yōu)化那個(gè)數(shù)值，在有大量數(shù)據(jù)接收的情形下，需要增加該數(shù)值) */ local_irq_disable();list_del(&dev->poll_list); list_add_tail(&dev->poll_list, &queue->poll_list);if (dev->quota < 0) dev->quota += dev->weight;else dev->

27、;quota = dev->weight; else /* 發(fā)生了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)接收狀況， 或者沒(méi)有完成 "規(guī)定 "配額的數(shù)據(jù)接 收，同時(shí)沒(méi)有新的數(shù)據(jù)進(jìn)來(lái)，那個(gè)也可能表示差不多完成了傳輸?shù)倪^(guò)程，調(diào)用 _netif_rx_compl ete 把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從 POLL 隊(duì)列上清除(介紹 POLL 過(guò)程的時(shí)候詳細(xì)介紹) */ dev_put(dev);local_irq_disable();out: local_irq_enable(); preempt_enable(); return; softnet_break: _get_cpu_var(netdev_rx_stat).t

28、ime_squeeze+;_raise_softirq_irqoff(NET_RX_SOFTIRQ); goto out;8139CP 驅(qū)動(dòng)中的輪詢方法 dev->poll 方法：那個(gè)方法通常被網(wǎng)絡(luò)層在向驅(qū)動(dòng)的接收循環(huán)隊(duì)列獵取新的數(shù)據(jù)包 時(shí)刻調(diào)用，而驅(qū)動(dòng)的接收循環(huán)隊(duì)列中能夠向網(wǎng)絡(luò)層交付的包數(shù)量則在 dev-> quota 字段中表示，我們來(lái)看 8139cp 中 POLL 的原型：static int cp_rx_poll (struct net_device *dev, int *budget)參數(shù) budget 的上層任務(wù)所需要底層傳遞的數(shù)據(jù)包的數(shù)量， 那個(gè)數(shù) 值不能超過(guò) net

29、dev_max_backlog 的值?？偠灾?POLL 方法被網(wǎng)絡(luò)層調(diào)用，只負(fù)責(zé)按照網(wǎng)絡(luò)層的要求 值( "預(yù)算"值)提交對(duì)應(yīng)數(shù)量的數(shù)據(jù)包。 8139CP 的 POLL 方法注冊(cè)通常 在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊初始化(調(diào)用probe)的時(shí)候進(jìn)行，如下：static int cp_init_one (struct pci_dev *pdev, const struct pci_devi ce_id *ent)dev->poll = cp_rx_poll;設(shè)備的 POLL 方法正如前所講的是被網(wǎng)絡(luò)層上的軟中斷 net_rx_ action 調(diào)用，我們現(xiàn)在來(lái)看具體的流程：stat

30、ic int cp_rx_poll (struct net_device *dev, int *budget)struct cp_private *cp = netdev_priv(dev); unsigned rx_tail = cp->rx_tail;/*設(shè)定每次進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候從設(shè)備發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層次最大的數(shù)據(jù)包 的大小 */unsigned rx_work = dev->quota; unsigned rx;rx_status_loop:rx = 0;/* 重新打開(kāi) NIC 中斷，在 cp_interrupt 中斷句柄中中斷關(guān)閉了， 現(xiàn) 在 POLl 差不多開(kāi)始處理環(huán)行緩沖隊(duì)列中

31、的數(shù)據(jù)，因此中斷能夠打開(kāi)，預(yù)備接收新的數(shù)據(jù)包 */ cpw16(IntrStatus, cp_rx_intr_mask);while (1) /*POLL 循環(huán)的開(kāi)始 */ u32 status, len;dma_addr_t mapping; struct sk_buff *skb, *new_skb; struct cp_desc *desc;unsigned buflen;/*從下標(biāo)為 rx_tail 的內(nèi)存中的環(huán)行緩沖隊(duì)列接收隊(duì)列rx_skb 上"摘下 "套接字緩沖區(qū) */skb = cp->rx_skbrx_tail.skb;if (!skb)BUG();d

32、esc = &cp->rx_ringrx_tail;/*檢查在NIC的環(huán)形隊(duì)列(rx_ring)上的最后的數(shù)據(jù)接收狀態(tài)， 是否有顯現(xiàn)接收或者 FIFO 的錯(cuò)誤，是否 */status = le32_to_cpu(desc->opts1);if (status & DescOwn) break;len = (status & 0x1fff) - 4;mapping = cp->rx_skbrx_tail.mapping;if (status & (FirstFrag | LastFrag) != (FirstFrag | LastFrag) /*

33、 we don't support incoming fragmented frames.* instead, we attempt to ensure that the* pre-allocated RX skbs are properly sized such* that RX fragments are never encountered*/ cp_rx_err_acct(cp, rx_tail, status, len); cp->net_stats.rx_dropped+;cp->cp_stats.rx_frags+;goto rx_next;if (status

34、 & (RxError | RxErrFIFO) cp_rx_err_acct(cp, rx_tail, status, len); goto rx_next;if (netif_msg_rx_status(cp)printk(KERN_DEBUG "%s: rx slot %d status 0x%x len %dn", cp->dev->name, rx_tail, status, len);buflen = cp->rx_buf_sz + RX_OFFSET;/* 創(chuàng)建新的套接字緩沖區(qū) */ new_skb = dev_alloc_skb (

35、buflen);if (!new_skb) cp->net_stats.rx_dropped+;goto rx_next; skb_reserve(new_skb, RX_OFFSET); new_skb->dev = cp->dev;/* 解除原先映射的環(huán)行隊(duì)列上的映射區(qū)域 */ pci_unmap_single(cp->pdev, mapping, buflen, PCI_DMA_FROMDEVICE);/*檢查套接字緩沖區(qū)(sk_buff)上得到的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和是否正確*/* Handle checksum offloading for incoming packet

36、s. */if (cp_rx_csum_ok(status)skb->ip_summed = CHECKSUM_UNNECESSARY;elseskb->ip_summed = CHECKSUM_NONE;/* 按照數(shù)據(jù)的實(shí)際大小重新定義套接字緩沖區(qū)的大小*/skb_put(skb, len);mapping =cp->rx_skbrx_tail.mapping =/*DMA 影射在前面新創(chuàng)建的套接字緩沖區(qū)虛擬地址 new_buf->tail 到實(shí)際的物理地址上，同時(shí)把那個(gè)物理地址掛在接收緩沖區(qū)的隊(duì)列中 */ pci_map_single(cp->pdev, ne

37、w_skb->tail, buflen, PCI_DMA_FROMDEVICE);/* 把新建立的緩沖區(qū)的虛擬地址掛在接收緩沖區(qū)的隊(duì)列中， 在下一 次訪咨詢 rx_skb 數(shù)組的那個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)候，POLL 方法會(huì)從那個(gè)虛擬地址讀出接收到的數(shù)據(jù)包 */ cp->rx_skbrx_tail.skb = new_skb;/*在cp_rx_skb調(diào)用netif_rx_skb,填充接收數(shù)據(jù)包隊(duì)列，等待網(wǎng)絡(luò)層在 Bottom half 隊(duì)列中調(diào)用 ip_rcv 接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，那個(gè)函數(shù)替代了往常使用的 netif_rx*/cp_rx_skb(cp, skb, desc);rx+;rx_next:/*

38、把前面映射的物理地址掛在 NIC 設(shè)備的環(huán)行隊(duì)列上 (也確實(shí)是 r x_ring 上，它是在和 NIC 中物理儲(chǔ)備區(qū)進(jìn)行了 DMA 映射的， 而不是驅(qū)動(dòng)在內(nèi)存中動(dòng)態(tài)建立的) ，預(yù)備提交給下層 (NIC) 進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸*/cp->rx_ringrx_tail.opts2 = 0;cp->rx_ringrx_tail.addr = cpu_to_le64(mapping);/* 在相應(yīng)的傳輸寄存器中寫入操縱字，把rx_ring 的操縱權(quán)從驅(qū)動(dòng)程序交還給 NIC 硬件 */if (rx_tail = (CP_RX_RING_SIZE - 1)desc->opts1 = cpu_t

39、o_le32(DescOwn | RingEnd | cp->rx_buf_sz);elsedesc->opts1 = cpu_to_le32(DescOwn | cp->rx_buf_sz);/* 步進(jìn)到下一個(gè)接收緩沖隊(duì)列的下一個(gè)單元*/rx_tail = NEXT_RX(rx_tail);if (!rx_work-)break;cp->rx_tail = rx_tail;/*遞減配額值quota, 旦quota遞減到0表示這次的POLL傳輸 差不多完成了使命，就等待有數(shù)據(jù)到來(lái)的時(shí)候再次喚醒軟中斷執(zhí)行 POLL 方法*/ dev->quota -= rx;*bu

40、dget -= rx;/* if we did not reach work limit, then we're done with* this round of polling*/if (rx_work) /*如果仍舊有數(shù)據(jù)達(dá)到, 那么返回 POLL 方法循環(huán)的開(kāi)始, 連續(xù)接 收數(shù)據(jù) */if (cpr16(IntrStatus) & cp_rx_intr_mask)goto rx_status_loop;/*那個(gè)地點(diǎn)表示數(shù)據(jù)差不多接收完畢, 而且沒(méi)有新的接收中斷產(chǎn)生 了,那個(gè)時(shí)候使能 NIC 的接收中斷,同時(shí)調(diào)用 _netif_rx_complete 把差不多完成 POLL

41、 的設(shè)備從 poll_list 上摘除，等待下一次中斷產(chǎn)生的時(shí)候，再次把設(shè)備掛上 poll_list 隊(duì)列中。 */ local_irq_disable();cpw16_f(IntrMask, cp_intr_mask);_netif_rx_complete(dev);local_irq_enable();return 0;/* done */return 1;/* not done */其他的使用 NAPI 的驅(qū)動(dòng)程序和 8139CP 大同小異， 只是使用了 網(wǎng)絡(luò)層專門提供的 POLL 方法-proecess_backlog (/net/dev.©，在 NIC 中 斷接收到了數(shù)據(jù)包

42、后，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層上的netif_rx (/net/dev.c)將硬件中斷中接收到數(shù)據(jù)幀存入 sk_buff 結(jié)構(gòu) , 然后檢查硬件幀頭 ,識(shí)不幀類型 , 放入接 收隊(duì)列(softnet_data結(jié)構(gòu)中的input_pkt_queue隊(duì)列上)，激活接收軟中斷 作進(jìn)一步處理.軟中斷函數(shù)(net_rx_action)提取接收包，而 process_backlog (也確實(shí)是 POLL 方法)向上層提交數(shù)據(jù)。能讓接收速度更快一些嗎？ 我們現(xiàn)在來(lái)摸索一下如何提升 NAPI 效率的咨詢題，在講到效率 那個(gè)咨詢題之前我們先看一下在 linux 的文檔中 NAPI_HOWTO.txt 中提 供一個(gè)模型用來(lái)構(gòu)造自

43、己 NIC 的 POLL 方法，只是和 8139 有一些不一 樣，其中 NIC 設(shè)備描述中有一個(gè) dirty_rx 字段是在 8139CP 中沒(méi)有使用 到的。dirty_rx 確實(shí)是差不多開(kāi)創(chuàng)了 sk_buff 緩沖區(qū)指針和差不多提交 到 NIC 的 rx_ring 參與接收的緩沖， 然而還沒(méi)有完成傳輸?shù)木彌_區(qū)和差不 多完成傳輸?shù)木彌_區(qū)的數(shù)量總和， 與之相類似的是 cur_rx 那個(gè)表示的是下Fr & & bu£fcur一個(gè)參與傳輸?shù)木彌_區(qū)指針，我們?cè)贜API_I loWlOWt的舉例中能夠看到 那個(gè)字段的一些具體使用方式：/*cur_rx為下一個(gè)需要參與傳輸?shù)木彌_區(qū)

44、指針，如果cur_rx指針大于dirty_rx那么表示差不多有在rx-ring中開(kāi)創(chuàng) 的rx-ring中的每個(gè)傳輸緩沖差不多被耗盡了，那個(gè)時(shí)候需要調(diào)用refill_rx_ring把一些差不多向網(wǎng)絡(luò)層提交了數(shù) 據(jù)的rx-ring接收單元開(kāi)創(chuàng)新的緩沖區(qū)，增加dirty_rx的數(shù)值，為下一次數(shù)據(jù)接收做預(yù)備，*/if (tp->cur_rx - tp->dirty_rx > RX_RING_SIZE/2 | tp->rx_bufferstp->dirty_rx % RX_RING_SIZE.skb = NULL) refill_rx_ri ng(dev);/*如果差不多當(dāng)

45、前的cur_rx和dirty_rx之間相差不超過(guò)總的rx_rin g接收單元的一半，而且剩下的一半中間有空的傳輸單元，那么我們不必?fù)?dān)憂了，因?yàn)檫€有足夠的緩沖區(qū)能夠使用(憑體會(huì)推斷的)，就能夠退出當(dāng)前的程序，等待下一次軟中斷調(diào)用POLL來(lái)處理在這之間收到的數(shù)據(jù)，(NAPI_HOWTO.txt中是重新啟動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，如此做是在沒(méi)有使 能NIC中斷處理的情形下)*/if (tp->rx_bufferstp->dirty_rx % RX_RING_SIZE.skb = NUL L)restart_timer();/*如果執(zhí)行到那個(gè)地點(diǎn)了，那表示有幾種情形可能發(fā)生，第一當(dāng)前 的cur_rx和d

46、irty_rx之間相差不超過(guò)總的rx_ring接收單元的一半，調(diào)用refill_rx_ring后dirty_rx并未增加，(也許在rx-ring中大量的 單元收到數(shù)據(jù)沒(méi)有得到網(wǎng)絡(luò)層函數(shù)的處理)，結(jié)果dirty_rx沒(méi)有增加，而且也沒(méi)有閑暇的單元來(lái)接收新到的數(shù)據(jù)，如此就要重新調(diào)用n etif_rx_schedule來(lái)喚醒軟中斷，調(diào)用設(shè)備的 POLL 方法，采集在 rx-ring 的數(shù)據(jù)。 */else netif_rx_schedule（dev）; /* we are back on the poll list */ 在 RTL-8169 的驅(qū)動(dòng)程序中就使用了 dirty_rx 那個(gè)字段，然而在

47、 8139CP 中并未使用，事實(shí)上那個(gè)并非 8139CP 驅(qū)動(dòng)不成熟的表現(xiàn)， 大伙兒 閱讀 NAPI_HOWTO.txt 中能夠明白， 現(xiàn)在 8139CP 中并未嚴(yán)格按照 NAP I 所提出的要求去做，如果大伙兒有愛(ài)好的話，能夠比較一下 8139CP 和 RTL-8169 這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)之間的不同，大伙兒會(huì)發(fā)覺(jué)盡管兩者都沒(méi)有在 NIC 中斷處理中去完成數(shù)據(jù)從驅(qū)動(dòng)層向網(wǎng)絡(luò)層上的轉(zhuǎn)發(fā)，而都放在了軟中斷之 中完成， 然而在 8139 中利用了自己的一些專門的硬件特性， 使 NIC 在利 用關(guān)斷中斷接收數(shù)據(jù)的同時(shí)利用數(shù)據(jù)包到達(dá)位（RxOK）通知到達(dá)事件，然 后采納 POLL 方法把數(shù)據(jù)從 NIC 直截了當(dāng)

48、轉(zhuǎn)發(fā)到上層；而 RTL8169 還 需要借助 softnet_data結(jié)構(gòu)中的input_pkt_queue （套接字緩沖（sk_buff） 輸入隊(duì)列） 來(lái)完成從 NIC 中斷到軟中斷之間的 sk_buff 數(shù)據(jù)調(diào)度；如此關(guān) 于 8139CP 來(lái)講最大的好處確實(shí)是不要了 dirty_rx 字段和 cur_rx 字段來(lái) 讓 POLL 方法以及 NIC 中斷明白當(dāng)前的傳輸單元的狀況，還包括不需要 不時(shí)定期的調(diào)用 refill_rx_ring 來(lái)刷新 rx-ring 獲得閑暇的傳輸單元；講到 壞處我想確實(shí)是重寫了一個(gè) POLL 方法，完全不能借用 /net/core/dev.c 中 的 proces

49、s_backlog 來(lái)作為自己的 POLL 方法，只是那個(gè)代價(jià)值得。講了這么多，看起來(lái)都和提升效率沒(méi)有關(guān)系，事實(shí)上正好相反， 通過(guò)這些了解我們對(duì) soft net_data中的一些字段的意思應(yīng)該更加清晰了，下面所敘述的，提升效率的方法確實(shí)是在 8139CP 的基礎(chǔ)上借用了 NAPI_ HOWTO.txt 中的一些方法，從實(shí)際上的使用成效來(lái)看，在某些應(yīng)用場(chǎng)合之 下比 Linux 的 8139CP 的確是有了一定的提升， 我們第一看看在 Linux2.6. 6 的內(nèi)核使用 8139CP 在 x86（PIII-900Mhz） 平臺(tái)上的數(shù)據(jù)包接收處理情形： 比較表如下：Psize Ipps Tput Rxint Done 60 490000 254560 21 10128 358750 259946 27 11256 334454 450034 34 18512 234550 556670 201239 1934551024 119061 995645 884526 8823001440 74568 995645 995645 987154上表中表示："Pszie"表示包的大小"Ipps" 每秒鐘系統(tǒng)能夠接收的包數(shù)量"Tput" 每次 POLL 超過(guò) 1M 個(gè)數(shù)據(jù)包的總量&