本文主要是介绍Linux系统网络设备启动和禁止“ifconfig eth0 up/down”命令的跟踪，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
前面文章讲了Linux系统的ethtool框架的一些东西，是从用户空间可以直观认识到的地方入手。同样，本文从Linux系统绝大部分人都熟悉的“ifconfig eth0 up”命令来跟踪一下此命令在内核中的发生了什么事情。由于ifconfig启动(up)和禁止(down)网络设备很相似，就放到一起讲了。
首先从ifconfig的源码入手，我下载的源码地址是http://www.tazenda.demon.co.uk/phil/net-tools/。这个网站上还有大量很有用的工具的源码，源码分布符合Linux的系统目录，有兴趣的可以去看看。
在我们输入up或down时，对应的代码如下：
main()
{if (!strcmp(*spp, "up")) {goterr |= set_flag(ifr.ifr_name, (IFF_UP | IFF_RUNNING));spp++;continue;}if (!strcmp(*spp, "down")) {goterr |= clr_flag(ifr.ifr_name, IFF_UP);spp++;continue;}
}
很简单，就是根据用户的输入来标志IFF_UP参考。当up时，使用set_flag置位IFF_UP和IFF_RUNNING，当down时，使用clr_flag清除IFF_UP。Linux的这种思想值得学习，其实对于内核来讲，真的就是通过IFF_UP标志来判断网卡的使能和禁止的。
来看设置标志的set_flag函数：
static int set_flag(char *ifname, short flag)
{struct ifreq ifr;safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);if (ioctl(skfd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),ifname, strerror(errno));return (-1);}safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);ifr.ifr_flags |= flag;if (ioctl(skfd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {perror("SIOCSIFFLAGS");return -1;}return (0);
}以及清除标志的clr_flag函数：
static int clr_flag(char *ifname, short flag)
{struct ifreq ifr;int fd;if (strchr(ifname, ':')) {/* This is a v4 alias interface. Downing it via a socket foranother AF may have bad consequences. */fd = get_socket_for_af(AF_INET);if (fd < 0) {fprintf(stderr, _("No support for INET on this system.\n"));return -1;}} elsefd = skfd;safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {fprintf(stderr, _("%s: unknown interface: %s\n"),ifname, strerror(errno));return -1;}safe_strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);ifr.ifr_flags &= ~flag;if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {perror("SIOCSIFFLAGS");return -1;}return (0);
}观察这两个函数，最后都是使用SIOCSIFFLAGS命令和内核交互。我们找到这个命令的使用地方，它位于net/core/dev.c文件，如下：
int dev_ioctl(struct net *net, unsigned int cmd, void __user *arg)
{case SIOCSIFFLAGS:case SIOCSIFMETRIC:case SIOCSIFMTU:case SIOCSIFMAP:case SIOCSIFHWADDR:case SIOCSIFSLAVE:case SIOCADDMULTI:case SIOCDELMULTI:case SIOCSIFHWBROADCAST:case SIOCSIFTXQLEN:case SIOCSMIIREG:case SIOCBONDENSLAVE:case SIOCBONDRELEASE:case SIOCBONDSETHWADDR:case SIOCBONDCHANGEACTIVE:case SIOCBRADDIF:case SIOCBRDELIF:case SIOCSHWTSTAMP:if (!capable(CAP_NET_ADMIN))return -EPERM;/* fall through */case SIOCBONDSLAVEINFOQUERY:case SIOCBONDINFOQUERY:dev_load(net, ifr.ifr_name);rtnl_lock();ret = dev_ifsioc(net, &ifr, cmd);rtnl_unlock();return ret;
}
SIOCSIFFLAGS会调用到dev_ifsioc函数：
static int dev_ifsioc(struct net *net, struct ifreq *ifr, unsigned int cmd)
{switch (cmd) {case SIOCSIFFLAGS: /* Set interface flags */return dev_change_flags(dev, ifr->ifr_flags);
}
继续跟进dev_change_flags函数：
int dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned flags)
{int ret, changes;int old_flags = dev->flags;ret = __dev_change_flags(dev, flags); // 打开设备if (ret < 0)return ret;changes = old_flags ^ dev->flags;if (changes)rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, changes); // 暂未了解__dev_notify_flags(dev, old_flags); // 向通道链netdev_chain发出通知return ret;
}真正干活的是__dev_change_flags函数：
int __dev_change_flags(struct net_device *dev, unsigned int flags)
{if ((old_flags ^ flags) & IFF_UP) { /* Bit is different ? */ret = ((old_flags & IFF_UP) ? __dev_close : __dev_open)(dev);
}
根据标志选择打开设备__dev_open或关闭__dev_close。在同一文件还有dev_open或dev_close，我发现它们使用了EXPORT_SYMBOL导出，供给其它模块使用，但在这里，是使用了__dev_XX函数的。
打开函数如下：
static int __dev_open(struct net_device *dev)
{const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;int ret;ASSERT_RTNL();/** Is it even present?*/if (!netif_device_present(dev))return -ENODEV;ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev);ret = notifier_to_errno(ret);if (ret)return ret;/** Call device private open method*/set_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);if (ops->ndo_validate_addr)ret = ops->ndo_validate_addr(dev);if (!ret && ops->ndo_open)ret = ops->ndo_open(dev);/** If it went open OK then:*/if (ret)clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);return ret;
}在真正调用具体驱动的接口前，先发NETDEV_PRE_UP给到通知链，再置__LINK_STATE_START，然后才调用驱动的ndo_open接口，最后需要清除__LINK_STATE_START标志。当ndo_open接口调用返回非0（即失败）时，需要清除__LINK_STATE_START标志，因为在调用之前已经置位了该标志，如此一来，才是有始有终。最后返回具体驱动接口的返回值。 (2019.6.26：感谢网友Tiger指正)
关闭函数如下：
static int __dev_close(struct net_device *dev)
{const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;ASSERT_RTNL();might_sleep();/** Tell people we are going down, so that they can* prepare to death, when device is still operating.*/call_netdevice_notifiers(NETDEV_GOING_DOWN, dev);clear_bit(__LINK_STATE_START, &dev->state);/* Synchronize to scheduled poll. We cannot touch poll list,* it can be even on different cpu. So just clear netif_running().** dev->stop() will invoke napi_disable() on all of it's* napi_struct instances on this device.*/smp_mb__after_clear_bit(); /* Commit netif_running(). */dev_deactivate(dev);/** Call the device specific close. This cannot fail.* Only if device is UP** We allow it to be called even after a DETACH hot-plug* event.*/if (ops->ndo_stop)ops->ndo_stop(dev);/** Device is now down.*/dev->flags &= ~IFF_UP;return 0;
}
在真正调用具体驱动的接口前，先发NETDEV_GOING_DOWN给到通知链，表示网络设备准备挂了，再清除__LINK_STATE_START标志，然后才调用驱动的ndo_stop接口，最后需要清除IFF_UP。
经过内核的层层结构，条条框框，终于到了具体的驱动了，上面的函数使用的接口实际上是net_device_ops结构体的函数指针，还是以igb驱动为例，赋值如下：
static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = {.ndo_open = igb_open,.ndo_stop = igb_close,.ndo_start_xmit = igb_xmit_frame_adv,.ndo_get_stats64 = igb_get_stats64,.ndo_set_rx_mode = igb_set_rx_mode,.ndo_set_multicast_list = igb_set_rx_mode,.ndo_set_mac_address = igb_set_mac,.ndo_change_mtu = igb_change_mtu,.ndo_do_ioctl = igb_ioctl,.ndo_tx_timeout = igb_tx_timeout,.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,.ndo_vlan_rx_register = igb_vlan_rx_register,.ndo_vlan_rx_add_vid = igb_vlan_rx_add_vid,.ndo_vlan_rx_kill_vid = igb_vlan_rx_kill_vid,.ndo_set_vf_mac = igb_ndo_set_vf_mac,.ndo_set_vf_vlan = igb_ndo_set_vf_vlan,.ndo_set_vf_tx_rate = igb_ndo_set_vf_bw,.ndo_get_vf_config = igb_ndo_get_vf_config,
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER.ndo_poll_controller = igb_netpoll,
#endif
};我们看到最开始的2个函数就是打开和关闭。在igb_probe函数对igb_netdev_ops进行赋值：
netdev->netdev_ops = &igb_netdev_ops;至此，整个过程分析完毕。
文中涉及到通知链，网络设备通知链netdev_chain，这个还没研究过，这里简单列一下：
// 声明通知链表
static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);//注册
int register_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
{
raw_notifier_chain_register(&netdev_chain, nb);
}注销：
int unregister_netdevice_notifier(struct notifier_block *nb)
{int err;err = raw_notifier_chain_unregister(&netdev_chain, nb);
}31号的PS：
写完后想一想，感觉没到分析彻底，因为到具体的驱动后干了些什么还没跟踪，于是又花了点时间跟踪一下。我跟踪的是ti的网卡驱动，主要实现代码在cpsw.c文件，在http://lxr.oss.org.cn/source/drivers/net/ethernet/ti/?v=3.17可以找到。下面列出启动网卡时的过程的重要函数调用：
> cpsw_ndo_open> cpsw_slave_open> phy_connect (传递cpsw_adjust_link)> phy_connect_direct （PHY_READY）> phy_prepare_link (赋值cpsw_adjust_link为adjust_link)> phy_start_machine> phy_start (PHY_READY变成PHY_UP)
phy_start之后进入了phy驱动重要的状态判断函数phy_state_machine，phy驱动有一个工作队列就是调用这个函数的，这个函数判断了网络各种状态：PHY_DOWN、PHY_UPPHY_AN、PHY_NOLINK，等，并做出对应的动作。我们设置了PHY_UP，则函数过程如下：
phy_state_machine> phy_start_aneg> config_aneg> genphy_config_aneg（实际上是这个函数，由phy驱动赋值的）到了genphy_config_aneg这个函数，就是直接和phy芯片打交道了，读phy寄存器、写phy寄存器。默认情况下会进行自动协商(其实就是写phy的第0个寄存器)，当然，如果不是，即phy_device成员变量autoneg是AUTONEG_DISABLE，则会强制设置指定的速率、双工模式。
至此，就不再继续分析、跟踪了。
2015.3.30 李迟
这篇关于Linux系统网络设备启动和禁止“ifconfig eth0 up/down”命令的跟踪的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
