MIT 6.S081 | 0x07 Networking

• 链接：https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2021/labs/net.html
• 难度：🟥

首先想解~~jiao~~释~~bian~~一下，为什么拖了这么久：文档太多，没看进去 😂，拖着拖着就彻底忘了。我经过深刻反思，认为这是一个很不好的习惯，所以我又来了，抓紧更新，争取把这个系列收尾。

这个部分让我们实现网络设备 E1000 的发送和接收功能，主要就是完成 e1000_transmit() 和 e1000_recv() 这两个函数。初看的时候没什么头绪，参考的那个文件长的不得了，磨了几天就忘掉了。现在看到实验的 Hints 部分原来把收发过程写的很清楚，我就照着这个提示写了，主要需要理解的就是这个环形缓冲区的使用。

提示

首先，在e1000_transmit()和e1000_recv()中添加打印语句，并运行make server以及在xv6中执行nettests。你应该能从打印语句中看到nettests触发了对e1000_transmit的调用。

实现e1000_transmit()的一些提示：

1. 首先，通过读取E1000_TDT控制寄存器，询问E1000下一个数据包期望的发送环索引。
2. 然后检查环是否溢出。如果E1000_TXD_STAT_DD位在由E1000_TDT索引的描述符中未设置，表示E1000尚未完成相应的前一个传输请求，此时应返回错误。
3. 否则，使用mbuffree()释放该描述符上一次发送的mbuf（如果有的话）。
4. 接着填充描述符。m->head指向内存中数据包的内容，m->len是数据包长度。设置必要的cmd标志（参考E1000手册的3.3节），并保留一个指向mbuf的指针以便稍后释放。
5. 最后，通过对E1000_TDT加一并取模TX_RING_SIZE来更新环的位置。
6. 如果e1000_transmit()成功地将mbuf添加到环中，则返回0。如果失败（例如，没有可用的描述符来传输mbuf），返回-1，让调用者知道需要释放mbuf。

实现e1000_recv()的一些提示：

1. 首先，通过获取E1000_RDT控制寄存器并对其加一取模RX_RING_SIZE，询问E1000下一个等待接收的数据包（如果有）所在环索引。
2. 然后，通过检查描述符状态部分中的E1000_RXD_STAT_DD位来判断是否有新数据包可用。如果没有，停止处理。
3. 否则，根据描述符中的长度报告更新mbuf的m->len。使用net_rx()将mbuf传递给网络栈。
4. 然后，使用mbufalloc()分配一个新的mbuf以替换刚刚给net_rx()的那个。将其数据指针（m->head）编程到描述符中，并清零描述符的状态位。
5. 最后，更新E1000_RDT寄存器为最后处理的环描述符的索引。

e1000_init()使用mbufs初始化RX环，你可能需要查看它是如何做到的，并可能借鉴其中的代码。

总有一天到达的数据包总数将超过环的大小（16个）；确保你的代码能够处理这种情况。

你将需要锁机制来应对xv6可能从多个进程使用E1000，或在中断到达时正在内核线程中使用E1000的可能性。

代码

diff --git a/kernel/e1000.c b/kernel/e1000.c
index 70a2adf..0414749 100644
--- a/kernel/e1000.c
+++ b/kernel/e1000.c
@@ -102,7 +102,30 @@ e1000_transmit(struct mbuf *m)
   // the TX descriptor ring so that the e1000 sends it. Stash
   // a pointer so that it can be freed after sending.
   //
-  
+  acquire(&e1000_lock);
+
+  uint32 idx = regs[E1000_TDT];
+
+  if (!(tx_ring[idx].status & E1000_TXD_STAT_DD)) {
+    release(&e1000_lock);
+    return -1;
+  }
+
+  if (tx_mbufs[idx]) {
+    mbuffree(tx_mbufs[idx]);
+    tx_mbufs[idx] = 0;
+  }
+
+  tx_ring[idx].addr = (uint64)m->head;
+  tx_ring[idx].length = m->len;
+
+  tx_ring[idx].cmd = E1000_TXD_CMD_EOP | E1000_TXD_CMD_RS;
+
+  tx_mbufs[idx] = m;
+
+  regs[E1000_TDT] = (regs[E1000_TDT] + 1) % TX_RING_SIZE;
+
+  release(&e1000_lock);
   return 0;
 }
 
@@ -115,6 +138,23 @@ e1000_recv(void)
   // Check for packets that have arrived from the e1000
   // Create and deliver an mbuf for each packet (using net_rx()).
   //
+  while (1) {
+    uint32 tail = (regs[E1000_RDT] + 1) % RX_RING_SIZE;
+
+    if (!(rx_ring[tail].status & E1000_TXD_STAT_DD)) {
+      break;
+    }
+
+    rx_mbufs[tail]->len = rx_ring[tail].length;
+    net_rx(rx_mbufs[tail]);
+
+    rx_mbufs[tail] = mbufalloc(0);
+
+    rx_ring[tail].addr = (uint64)rx_mbufs[tail]->head;
+    rx_ring[tail].status = 0;
+
+    regs[E1000_RDT] = tail;
+  }
 }

评测

在进行 make grade 的时候有个测试 nettest: DNS 没有通过。看了一下测试代码，它要求的 IP 是 128.52.129.126，但我实际拿到的 IP 是 198.18.0.51，看了一下这两个地址其实是一个网站。这么来看，我的代码应该是没问题的，只是因为测试代码没有更新 IP 地址吧。