Ifconfig 如何获得流量统计信息_综合

本文旨在讲解 Ifconfig 流量信息的获得。将通过 Ifconfig 代码阅读来跟踪流量统计的来源，这将贯通网络模块，proc文件系统，到硬件设备驱动来探寻这些信息的来源和流向。

Ifconfig

Ifconfig是 net-tools的一个组件。 net-tools 为 GNU/Linux 提供控制网络子系统的很多重要工具(arp, ifconfig, netstat...)，他几乎成为所有发行版必备的软件。

来看他的输出情况。包含了基本的网卡信息，内核网络配置。除此之外，还包括了流量统计信息。笔者开始就抱有非常疑惑的信息，Ifconfig是如何做到这一点的？这样一个高层的应用程序难道和网卡紧密相连么？正是由于这样的疑问，我才开始了阅读代码的过程。

 wick@ ~: sudo ifconfig eth0
eth0      Link encap:以太网  硬件地址 00:e0:4c:43:d4:8d
         inet 地址:192.168.16.91  广播:192.168.16.255  掩码:255.255.255.0
         inet6 地址: fe80::2e0:4cff:fe43:d48d/64 Scope:Link
         UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  跃点数:1
         接收数据包:20825 错误:0 丢弃:0 过载:0 帧数:0
         发送数据包:35057 错误:0 丢弃:0 过载:0 载波:0
         碰撞:0 发送队列长度:1000
         接收字节:2225064 (2.2 MB)  发送字节:50827282 (50.8 MB)
         中断:23 基本地址:0xb800

本篇实例讲解使用到了 —- net-tools-1.60 源码，可以在官方网站找到

http://packages.debian.org/sid/net-tools

linux-2.6.29 代码

http://kernel.org

net-tools/ifconfig.c

 NET_LIB = $(NET_LIB_PATH)/lib$(NET_LIB_NAME).a


ifconfig:    $(NET_LIB) ifconfig.o
       $(CC) $(LDFLAGS) -o ifconfig ifconfig.o $(NLIB) $(RESLIB)

来自 net-tools 的Makefile告诉我们，ifconfig工具的链接很简单。除了一个库文件以外，只需要ifconfig.o。默认情况下，没有指明 obj 文件生成方式的，都只是需要单个同名的C 源码文件 ifconfig.c。

尽快找寻main文件中的参数选项，我们只需要找到列举 eth0 信息的选项分支，其他赶快跳过。在ifconfig.c:288后以下段落，是我们关注的参数解析过程。

 /* Create a channel to the NET kernel. */
   if ((skfd = sockets_open(0)) < 0) {
  
       perror("socket");
       exit(1);
   }

   /* Do we have to show the current setup? */
   if (argc == 0) {
  
       int err = if_print((char *) NULL);
       (void) close(skfd);
       exit(err < 0);
   }
   /* No. Fetch the interface name. */
   spp = argv;
   safe_strncpy(ifr.ifr_name, *spp++, IFNAMSIZ);
   if (*spp == (char *) NULL) {
  
       int err = if_print(ifr.ifr_name);
       (void) close(skfd);
       exit(err < 0);
   }

首先，调用NET_LIB中的 sockets_open 函数创建 socket 链接；然后在无参数的情况下， if_print 打印所有网络接口信息；如果有参数，则将参数作为接口名称，将会打印对应接口信息。后者将是我们 `ifconfig eth0' 的参数情况，而 if_print 是唯一调用函数。

同一个文件(ifconfig.c)就可以看到if_print函数，看起来很简洁。

 static int if_print(char *ifname)
{
  
   int res;

   if (ife_short)
   printf(_("Iface   MTU Met    RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR    TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg/n"));

   if (!ifname) {
  
   res = for_all_interfaces(do_if_print, &opt_a);
   } else {
  
   struct interface *ife;

   ife = lookup_interface(ifname);
   res = do_if_fetch(ife);
   if (res >= 0)
       ife_print(ife);
   }
   return res;
}

首先，如果ife_short有效，则打印表头。这是网络接口信息的简洁模式，使用`ifconfig -s'的效果正式如此，`-s'将设置 ife_short = 1，这在main函数解析参数时候已经完成。然后，分析参数，我们这里的ifname就是"eth0"，因此进入else分支。

下面深入到lookup_interfaces (lib/interfaces.c)

 struct interface *lookup_interface(char *name)
{
  
   struct interface *ife = NULL;

   if (if_readlist_proc(name) < 0)
       return NULL;
   ife = add_interface(name);
   return ife;
}

紧跟着是 if_readlist_proc 和 add_interface，一个个来。

 static int if_readlist_proc(char *target)
{
  
   static int proc_read;
   FILE *fh;
   char buf[512];
   struct interface *ife;
   int err;

   if (proc_read)
       return 0;
   if (!target)
       proc_read = 1;

   fh = fopen(_PATH_PROCNET_DEV, "r");
   if (!fh) {
  
       fprintf(stderr, _("Warning: cannot open %s (%s). Limited output./n"),
           _PATH_PROCNET_DEV, strerror(errno));
       return if_readconf();
   }
   fgets(buf, sizeof buf, fh);    /* eat line */
   fgets(buf, sizeof buf, fh);

#if 0                /* pretty, but can't cope with missing fields */
   fmt = proc_gen_fmt(_PATH_PROCNET_DEV, 1, fh,
              "face", "",    /* parsed separately */
              "bytes", "%lu",
              "packets", "%lu",
              "errs", "%lu",
              "drop", "%lu",
              "fifo", "%lu",
              "frame", "%lu",
              "compressed", "%lu",
              "multicast", "%lu",
              "bytes", "%lu",
              "packets", "%lu",
              "errs", "%lu",
              "drop", "%lu",
              "fifo", "%lu",
              "colls", "%lu",
              "carrier", "%lu",
              "compressed", "%lu",
              NULL);
   if (!fmt)
   return -1;
#else
   procnetdev_vsn = procnetdev_version(buf);
#endif

   err = 0;
   while (fgets(buf, sizeof buf, fh)) {
  
   char *s, name[IFNAMSIZ];
   s = get_name(name, buf);
   ife = add_interface(name);
   get_dev_fields(s, ife);
   ife->statistics_valid = 1;
   if (target && !strcmp(target,name))
       break;
   }
   if (ferror(fh)) {
  
   perror(_PATH_PROCNET_DEV);
   err = -1;
   proc_read = 0;
   }

#if 0
   free(fmt);
#endif
   fclose(fh);
   return err;
}

一大长串，这该是我们现在遇到的最长的函数了，但是这个方法远远比想象的要简单的多，文件I/O就占据了老长。这个方法就是读取网络接口的列表，从那儿读取呢？我们一眼就看到了 ————

fh = fopen(_PATH_PROCNET_DEV, "r");

在 lib/pathnames.h 中看到其芳踪

#define _PATH_PROCNET_DEV "/proc/net/dev"

首先，探测是否已经检测过网络接口列表，咱们不作浪费时间的无用功。然后读取 /proc/net/dev，跳过文件的前两行。为啥？自己瞅瞅就知道了。

 wick@ ~: cat /proc/net/dev
Inter-|   Receive                                                |  Transmit
face |bytes    packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes    packets errs drop fifo colls carrier compressed
   lo:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
 eth0: 3342410   31393    0    0    0     0          0         0 76194593   52347    0    0    0     0       0          0
 eth1:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0

接着解析参数，将得到的所有接口加入到列表中去（add_interface），然后依据格式填充 ife结构体(get_dev_fields)。这个结构体是自定义的，可以看到这个结构体是一个链表结构。get_dev_fields方法填充的是其中一个成员结构体，他在人群中是那么的耀眼：

struct user_net_device_stats stats;

他包含的就是统计信息数据，这些数据的来源就是/proc/net/dev。我们作的仅仅是读取这个文件信息而已……

你要问，还有其他的信息呢？诸如IP地址，MAC地址，ifconfig如何知道我的网卡是无线有线的呢？你就需要去看 if_fetch 函数了。从中你可以看到大量的ioctl调用，一切豁然开朗。

linux/net/core/dev.c

立刻来到内核的领地。

以上总结到统计数据信息的位置坐落于 /proc/net/dev，他是被谁写入的呢？要理解这个问题，你得先理解 PROC 文件系统。介于时间和能力原因，我只能大概解释， PROC 是内核和用户空间通讯的又一个接口，PROC fs是一个由软件创建的文件系统，我们需要追根溯源到创建 /proc/net/dev 的代码文件。

如果要问我是如何找到创建软件的代码？我不知道。我只知道最蠢的方法，google 和 grep。

好吧我是直接grep的……于是找到了 /net/core/dev.c。

 /*
*    Called from the PROCfs module. This now uses the new arbitrary sized
*    /proc/net interface to create /proc/net/dev
*/
static int dev_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
{
  
   if (v == SEQ_START_TOKEN)
       seq_puts(seq, "Inter-|   Receive                            "
                 "                    |  Transmit/n"
                 " face |bytes    packets errs drop fifo frame "
                 "compressed multicast|bytes    packets errs "
                 "drop fifo colls carrier compressed/n");
   else
       dev_seq_printf_stats(seq, v);
   return 0;
}

我们直接看到这段，注释就包含了 /proc/net/dev 信息，由此可见，友好详细的注释是多么多么的重要啊…… 直接看方法，dev_seq_show 是文件中定义的struct seq_operations dev_seq_ops的成员，这就提到了 proc提供的seq接口，他使用简单的迭代器方法，使用 seq_open -> read_proc 就可以直接输出 proc文件的接口信息。如果你不熟悉 PROCfs 和 seq_file 接口，这一部分会有点凹口。

简单来说，当你使用open等系统调用打开 /proc/net/dev 的时候，系统将调用 seq_open 函数；相似的，当你使用read时，内核会使用 seq_show 来将实际数据传递到用户空间。我们的 `cat /proc/net/dev' 输出，就是这里的 dev_seq_show 打印的。

接着，是 dev_seq_show 中调用的 dev_seq_printf_stats 方法，他仅仅使用到了一个函数。不用多说，继续深入到dev_get_stats，他将是core模块此行的终点。

 /**
*    dev_get_stats    - get network device statistics
*    @dev: device to get statistics from
*
*    Get network statistics from device. The device driver may provide
*    its own method by setting dev->netdev_ops->get_stats; otherwise
*    the internal statistics structure is used.
*/
const struct net_device_stats *dev_get_stats(struct net_device *dev)
{
  
   const struct net_device_ops *ops = dev->netdev_ops;

   if (ops->ndo_get_stats)
       return ops->ndo_get_stats(dev);
   else
       return &dev->stats;
}
EXPORT_SYMBOL(dev_get_stats);

多么有爱的注释啊……如果定义了设备驱动的 get_stats 方法，就调用 get_stats 调用获得信息，如果没有，直接返回设备写好的数据结构。

在这里真的需要强调注释的好处，简短的两句话，可以让代码的可读性激增啊！

感动之后，我们进入驱动，我现在使用的网卡是8139，相关的驱动是 8139too.c。

linux/drivers/net/8139too.c

8139too 驱动直接包含在内核里了，我们立刻去关怀他的 get_stats 函数。

 static const struct net_device_ops rtl8139_netdev_ops = {
  
   .ndo_open        = rtl8139_open,
   .ndo_stop        = rtl8139_close,
   .ndo_get_stats        = rtl8139_get_stats,
   .ndo_validate_addr    = eth_validate_addr,
   .ndo_set_mac_address     = eth_mac_addr,
   .ndo_start_xmit        = rtl8139_start_xmit,
   .ndo_set_multicast_list    = rtl8139_set_rx_mode,
   .ndo_do_ioctl        = netdev_ioctl,
   .ndo_tx_timeout        = rtl8139_tx_timeout,
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
   .ndo_poll_controller    = rtl8139_poll_controller,
#endif
};

哦，简单直接，rtl8139_get_stats

 static struct net_device_stats *rtl8139_get_stats (struct net_device *dev)
{
  
   struct rtl8139_private *tp = netdev_priv(dev);
   void __iomem *ioaddr = tp->mmio_addr;
   unsigned long flags;

   if (netif_running(dev)) {
  
       spin_lock_irqsave (&tp->lock, flags);
       dev->stats.rx_missed_errors += RTL_R32 (RxMissed);
       RTL_W32 (RxMissed, 0);
       spin_unlock_irqrestore (&tp->lock, flags);
   }

   return &dev->stats;
}

这个函数实体只是重写了 dev->stats.rx_missed_errors，其他的信息我们直接 return。网卡状态信息 struct net_device_stats 已经在网卡驱动的其他操作方法中即时更新了。

总结

Ifconfig 使用了简单的文件I/O控制，读取 /proc/net/dev 文件来打印流量统计信息。此文件是 PROCfs 的一个组成，他的操作方法在代码 net/core/dev.c 中，其中 seq 接口的 show 方法可能调用了网卡设备驱动的 get_status 驱动方法来获得网卡信息。这些信息在网卡操作中会即时更新。