网络设备功能混乱以及如何从中脱身

作者

Michał Mirosław <mirq-linux@rere.qmqm.pl>

第一部分：功能集

网络卡仅仅接收并原样发送数据包的日子早已远去。今天的设备添加了多种功能和错误（读作：卸载），以减轻操作系统各种任务的负担，例如生成和检查校验和、分割数据包、对其进行分类。这些功能及其状态在 Linux 内核世界中通常被称为网络设备功能。

目前，有三组功能与驱动程序相关，一组供网络核心内部使用。

  1. netdev->hw_features 集合包含的功能的状态可能通过用户的请求为特定设备更改（启用或禁用）。此集合应在 ndo_init 回调中初始化，之后不再更改。

  2. netdev->features 集合包含当前为设备启用的功能。这应该仅由网络核心更改，或者在 ndo_set_features 回调的错误路径中更改。

  3. netdev->vlan_features 集合包含其状态由子 VLAN 设备继承的功能（限制 netdev->features 集合）。目前，无论是在硬件还是软件中剥离或插入标签，这都用于所有 VLAN 设备。

  4. netdev->wanted_features 集合包含用户请求的功能集。每当它或某些特定于设备的条件发生更改时，此集合都会通过 ndo_fix_features 回调进行筛选。此集合是网络核心的内部集合，不应在驱动程序中引用。

第二部分：控制启用的功能

当需要更改当前功能集 (netdev->features) 时，会计算新的集合，并通过调用 ndo_fix_features 回调和 netdev_fix_features() 进行筛选。如果结果集与当前集不同，则会将其传递给 ndo_set_features 回调，并且（如果回调返回成功）替换存储在 netdev->features 中的值。之后，每当当前集可能已更改时，都会发出 NETDEV_FEAT_CHANGE 通知。

以下事件会触发重新计算

  1. 设备注册，在 ndo_init 返回成功之后

  2. 用户请求更改功能状态

  3. 调用 netdev_update_features()

在持有 rtnl_lock 的情况下调用 ndo_*_features 回调。缺少的回调将被视为始终返回成功。

想要触发重新计算的驱动程序必须在持有 rtnl_lock 的情况下调用 netdev_update_features() 来完成此操作。不应从 ndo_*_features 回调执行此操作。除了通过 ndo_fix_features 回调之外，驱动程序不应修改 netdev->features。

第三部分：实现提示

  • ndo_fix_features

此处应解析功能之间的所有依赖关系。网络核心施加的限制（如 netdev_fix_features() 中编码的那样）可以进一步减少结果集。因此，当不满足依赖关系时，禁用功能比强制依赖关系更安全。

此回调不应修改硬件或驱动程序状态（应是无状态的）。它可以在连续的 ndo_set_features 调用之间被多次调用。

回调不得更改 NETIF_F_SOFT_FEATURES 或 NETIF_F_NEVER_CHANGE 集中包含的功能。例外情况是 NETIF_F_VLAN_CHALLENGED，但必须小心，因为更改不会影响已配置的 VLAN。

  • ndo_set_features

应重新配置硬件以匹配传递的功能集。除非发生无法在 ndo_fix_features 中可靠检测到的一些错误情况，否则不应更改该集合。在这种情况下，回调应更新 netdev->features 以匹配结果硬件状态。返回的错误不会（并且不能）传播到任何地方，除了 dmesg。（注意：成功返回为零，>0 表示静默错误。）

第四部分：功能

有关当前功能列表，请参阅 include/linux/netdev_features.h。本节描述其中一些功能的语义。

  • 传输校验和

有关完整说明，请参阅 include/linux/skbuff.h 顶部附近的注释。

注意：NETIF_F_HW_CSUM 是 NETIF_F_IP_CSUM + NETIF_F_IPV6_CSUM 的超集。这意味着设备可以在数据包中的任何位置填充 TCP/UDP 类的校验和，无论那里可能有哪些标头。

  • 传输 TCP 分段卸载

NETIF_F_TSO_ECN 表示硬件可以正确拆分设置了 CWR 位的数据包，无论是 TCPv4（当启用 NETIF_F_TSO 时）还是 TCPv6 (NETIF_F_TSO6)。

  • 传输 UDP 分段卸载

NETIF_F_GSO_UDP_L4 接受带有超出 gso_size 的有效负载的单个 UDP 标头。在分段时，它会在 gso_size 边界上分割有效负载，并复制网络和 UDP 标头（如果小于 gso_size，则修复最后一个标头）。

  • 从高内存传输 DMA

在相关平台上，NETIF_F_HIGHDMA 表示 ndo_start_xmit 可以处理高内存中的 frags 的 skb。

  • 传输分散/收集

这些功能表明 ndo_start_xmit 可以处理分段的 skb：NETIF_F_SG --- 分页的 skb (skb_shinfo()->frags)，NETIF_F_FRAGLIST --- 链接的 skb (skb->next/prev 列表)。

  • 软件功能

NETIF_F_SOFT_FEATURES 中包含的功能是网络堆栈的功能。驱动程序不应基于这些功能更改行为。

  • VLAN 挑战

对于无法处理 VLAN 标头的设备，应设置 NETIF_F_VLAN_CHALLENGED。一些驱动程序设置此项是因为卡无法处理更大的 MTU。[FIXME：这些情况可以通过仅允许减少 MTU 的 VLAN 来在 VLAN 代码中修复。但这可能没有用。]

  • rx-fcs

这请求网卡将以太网帧校验和 (FCS) 附加到 skb 数据的末尾。这允许嗅探器和其他工具读取网卡在接收数据包时记录的 CRC。

  • rx-all

这请求网卡接收所有可能的帧，包括出错的帧（例如错误的 FCS 等）。当嗅探链路上的坏包时，这可能会有所帮助。如果同时将某些网卡置于正常的混杂模式，它们可能会接收到更多数据包。

  • rx-gro-hw

这请求网卡启用硬件 GRO（通用接收卸载）。硬件 GRO 基本上是 TSO 的完全相反，并且通常比硬件 LRO 更严格。硬件 GRO 合并的数据包流必须可以通过 GSO 或 TSO 重新分段回完全原始的数据包流。硬件 GRO 依赖于 RXCSUM，因为硬件成功合并的每个数据包也必须由硬件验证校验和。

  • hsr-tag-ins-offload

对于自动插入 HSR（高可用性无缝冗余）或 PRP（并行冗余协议）标签的设备，应设置此项。

  • hsr-tag-rm-offload

对于自动删除 HSR（高可用性无缝冗余）或 PRP（并行冗余协议）标签的设备，应设置此项。

  • hsr-fwd-offload

对于在硬件中将 HSR（高可用性无缝冗余）帧从一个端口转发到另一个端口的设备，应设置此项。

  • hsr-dup-offload

对于在硬件中自动复制传出的 HSR（高可用性无缝冗余）或 PRP（并行冗余协议）标签的帧的设备，应设置此项。