lab11

networks

  • arp：将互联网协议（IP）地址解析为对应的媒体访问控制（MAC）地址。
  • ip：定义了数据包的格式以及如何在源和目的地之间传输这些数据包。
  • udp、tcp：UDP和TCP都是传输层协议，它们在IP层之上，负责应用间的数据传输。
  • 网卡与处理线程之间有接收队列、和发送队列，以控制网络流量。
  • DMA（直接内存访问）环允许硬件（如网络接口卡NIC）直接访问系统内存，而无需CPU的干预。
  • 考虑一个路由器接收和转发包
    • 随着输入数据包的增多，转发的数据包也增多
    • 受限于cpu等因素达到最大值
    • 因中断活锁不断产生中断，导致cpu时间全部用于处理中断
    • 解决方案：通过设置一个中断线程轮询，当有数据包到达时产生中断，唤醒线程，处理数据包；当数据包处理完成时，再重新打开中断，线程休眠。

Your Job（hard）

实验要求是我们实现网卡驱动中与发送与接收队列的部分。因为可能会有多线程同时向网卡发送数据，这里我们需要加锁来保护发送DMA环。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
int
e1000_transmit(struct mbuf *m)
{
  //
  // Your code here.
  //
  // the mbuf contains an ethernet frame; program it into
  // the TX descriptor ring so that the e1000 sends it. Stash
  // a pointer so that it can be freed after sending.
  //
  acquire(&e1000_lock);
  int i = regs[E1000_TDT];
   
  if((tx_ring[i].status & E1000_TXD_STAT_DD) == 0)
  {
    release(&e1000_lock);
    return -1;
  }

  if(tx_mbufs[i] != 0)
  {
    mbuffree(tx_mbufs[i]);
  }
  tx_ring[i].addr = (uint64) m->head;
  tx_ring[i].length = m->len;
  tx_mbufs[i] = m;
  
  tx_ring[i].cmd = E1000_TXD_CMD_EOP | E1000_TXD_CMD_RS;


  regs[E1000_TDT] = (i + 1) % TX_RING_SIZE;
 // printf("%d\n", regs[E1000_TDT]);
  //printf("transmit\n");
  release(&e1000_lock);
  return 0;
}

在recv中，我们不需要加锁。

  • 首先，对接收DMA环来说，只有网卡在写入数据，可以认为是单线程写入
  • 当接收DMA环内有数据时，触发中断，调用该函数。且我们在函数内的实现是尽可能读更多的数据。当数据量大时，可能出现包丢失和重复。别忘了，上层还有传输层协议TCP、UDP来应对这些问题。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
static void
e1000_recv(void)
{
  //
  // Your code here.
  //
  // Check for packets that have arrived from the e1000
  // Create and deliver an mbuf for each packet (using net_rx()).
  //
  //acquire(&e1000_lock);
 
  int i = (regs[E1000_RDT] + 1) % RX_RING_SIZE;
  while(1)
  {
  if((rx_ring[i].status & E1000_RXD_STAT_DD) == 0)
  {
    break;
  }
  rx_mbufs[i]->len = rx_ring[i].length;
  net_rx(rx_mbufs[i]);

  rx_mbufs[i] = mbufalloc(0);
  if (!rx_mbufs[i])
    panic("e1000_recv");

  rx_ring[i].addr = (uint64) rx_mbufs[i]->head;
  rx_ring[i].status = 0;
  i = (i + 1) % RX_RING_SIZE;
  }


  regs[E1000_RDT] = (i - 1 + RX_RING_SIZE) % RX_RING_SIZE;

  //release(&e1000_lock);
 // printf("recv\n");
}