Linux net_device 結構體深度解析：核心字段佈局與功能語義

struct net_device 是 Linux 核心網路子系統中最核心的數據結構，每個網絡接口（物理/虛擬）在核心中均對應一個實例。本文基於 Linux 2.6.21 內核，系統梳理其字段佈局、功能分類與關鍵語義。

基礎標識與硬件屬性

struct net_device {
    char name[IFNAMSIZ];        // 設備名稱（如 "eth0"）
    unsigned long mem_end;      // 共享內存結束地址
    unsigned long mem_start;    // 共享內存起始地址
    unsigned long base_addr;    // I/O 基地址
    unsigned int irq;           // 中斷號
    unsigned char if_port;      // 多端口選擇
    unsigned char dma;          // DMA 通道
    unsigned long state;        // 設備狀態標記位
    struct net_device *next;    // 全域鏈表指針
    // ...
}

設備索引與鏈表管理

int ifindex;        // 核心分配的全域唯一索引
int iflink;         // 邏輯鏈路索引（主從設備場景）
struct net_device *next_sched;  // 調度鏈表指針

統計與無線擴展

struct net_device_stats* (*get_stats)(struct net_device *dev);
struct iw_statistics* (*get_wireless_stats)(struct net_device *dev);
struct iw_handler_def *wireless_handlers;
struct ethtool_ops *ethtool_ops;

時間戳與標記

unsigned long trans_start;  // 最後發送時間
unsigned long last_rx;      // 最後接收時間
unsigned short flags;       // 接口標記（IFF_UP, IFF_RUNNING...）
unsigned short gflags;      // 全域標記
unsigned short priv_flags;  // 內核私有標記（如 IFF_EBRIDGE）
unsigned short unused_alignment_fixer;  // 對齊填充

MTU、類型與硬件地址

unsigned mtu;                    // 最大傳輸單元
unsigned short type;             // 硬件類型（ARPHRD_ETHER 等）
unsigned short hard_header_len;  // 硬件頭部長度
void *priv;                      // 私有數據指針（舊版本，現用 netdev_priv）

// 主從設備關係（Bonding、Bridge）
struct net_device *master;       // 主設備指針

硬件地址與多播

unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN];  // 廣播地址
unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN];   // 設備 MAC 地址
unsigned char addr_len;                 // 地址長度

struct dev_mc_list *mc_list;  // 多播地址鏈表
int mc_count;                 // 多播數量
int promiscuity;              // 混雜模式引用計數
int allmulti;                 // 接收所有多播計數

看門狗定時器

int watchdog_timeo;
struct timer_list watchdog_timer;

協議族私有數據指針

void *atalk_ptr;   // AppleTalk
void *ip_ptr;      // IPv4
void *dn_ptr;      // DECnet
void *ip6_ptr;     // IPv6
void *ec_ptr;      // Econet
void *ax25_ptr;    // AX.25

NAPI 與流控調度

struct list_head poll_list;  // NAPI 輪詢鏈表
int quota;                   // 輪詢配額
int weight;                  // 輪詢權重

struct Qdisc *qdisc;             // 發送佇列規程
struct Qdisc *qdisc_sleeping;    // 睡眠態 qdisc
struct Qdisc *qdisc_ingress;     // 入向 qdisc
struct list_head qdisc_list;     // 多佇列鏈表
unsigned long tx_queue_len;      // 發送佇列長度

同步鎖與引用計數

spinlock_t ingress_lock;    // 入向同步鎖
spinlock_t xmit_lock;       // 發送同步鎖
int xmit_lock_owner;        // 持有發送鎖的 CPU ID
spinlock_t queue_lock;      // 佇列操作鎖
atomic_t refcnt;            // 引用計數

延遲註冊/註銷與哈希鏈表節點

struct list_head todo_list;       // 延遲操作列表
struct hlist_node name_hlist;     // 名稱哈希表節點
struct hlist_node index_hlist;    // 索引哈希表節點

關鍵字段功能語義速查表

私有數據訪問：netdev_priv

現代驅動不再使用 dev->priv，而是通過 alloc_netdev(sizeof(struct priv), ...) 在 net_device 結構體後分配私有區域：

static inline void *netdev_priv(const struct net_device *dev)
{
    return (char *)dev + ALIGN(sizeof(struct net_device), NETDEV_ALIGN);
}

驅動定義 struct nic { ... }，通過 nic = netdev_priv(dev) 訪問。

總結

net_device 結構體是一個「巨型」聚合體，涵蓋了設備標識、硬件屬性、協議族綁定、流控調度、並發控制、生命週期管理等所有維度。理解其字段佈局與語義，是進行網路驅動開發、虛擬網絡實現、流量控制調優的必修課。