数据包计数器：网络设备驱动开发

项目简介

本项目实现了一个简单的虚拟网络设备驱动，专门用于统计通过该设备的数据包数量和大小。这个驱动不实际传输数据，而是专注于数据包的监控和统计功能，是学习Linux网络设备驱动开发的绝佳示例。

驱动功能特性

• 创建虚拟网络接口（如pktcnt0）
• 统计接收到的数据包数量
• 统计接收数据包的总字节数
• 通过sysfs提供实时统计信息查看
• 支持基本的网络设备操作
• 兼容QEMU虚拟环境

软件架构

核心数据结构

struct pktcnt_priv {
    struct net_device *dev;
    unsigned long packet_count;
    unsigned long total_bytes;
    struct device *device;
};
            

这个结构体保存了我们的网络设备实例和统计信息：

• dev: 指向关联的网络设备结构体
• packet_count: 接收到的数据包计数器
• total_bytes: 接收到的总字节数
• device: 关联的设备结构体

关键函数实现

数据包接收处理

static int pktcnt_rx(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev, 
                    struct packet_type *pt, struct net_device *orig_dev)
{
    struct pktcnt_priv *priv = netdev_priv(dev);
    
    // 更新统计信息
    priv->packet_count++;
    priv->total_bytes += skb->len;
    
    // 释放SKB（因为我们只是统计，不实际处理）
    kfree_skb(skb);
    
    return NET_RX_SUCCESS;
}
            

设备初始化

static int pktcnt_init(struct net_device *dev)
{
    struct pktcnt_priv *priv = netdev_priv(dev);
    
    // 初始化私有数据
    priv->dev = dev;
    priv->packet_count = 0;
    priv->total_bytes = 0;
    
    // 设置设备参数
    ether_setup(dev);
    dev->netdev_ops = &pktcnt_netdev_ops;
    
    // 随机MAC地址
    eth_hw_addr_random(dev);
    
    return 0;
}
            

SysFS接口实现

通过SysFS，我们可以轻松地从用户空间访问驱动统计信息：

static ssize_t packet_count_show(struct device *d,
                                struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    struct pktcnt_priv *priv = netdev_priv(to_net_dev(d));
    return sprintf(buf, "%lu\n", priv->packet_count);
}

static ssize_t total_bytes_show(struct device *d,
                               struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    struct pktcnt_priv *priv = netdev_priv(to_net_dev(d));
    return sprintf(buf, "%lu\n", priv->total_bytes);
}

// 定义设备属性
static DEVICE_ATTR_RO(packet_count);
static DEVICE_ATTR_RO(total_bytes);
            

设备操作函数表

编译和加载

Makefile示例

obj-m += pktcnt.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
            

加载驱动

# 编译模块
make

# 加载模块
sudo insmod pktcnt.ko

# 查看系统日志
dmesg | tail

# 查看网络接口
ip link show
            

测试和使用

驱动加载后，可以通过以下方式测试和使用：

1. 使用ip link show查看新创建的网络接口
2. 使用ifconfig pktcnt0 up激活接口
3. 向该接口发送测试数据包：ping -I pktcnt0 127.0.0.1
4. 查看统计信息：cat /sys/class/net/pktcnt0/packet_count
5. 查看总字节数：cat /sys/class/net/pktcnt0/total_bytes

应用场景

扩展思路

• 添加更详细的统计信息（如按协议类型分类）
• 实现数据包过滤功能
• 添加 procfs 或 debugfs 接口
• 支持统计信息重置
• 添加时间窗口统计功能
• 实现 netlink 接口用于配置