InterfaceCmd用来管理和控制系统中的网络设备，其支持较多的控制选项。另外，InterfaceCmd除了和控制对象InterfaceController交互外，还会和ThrottleController、SecondaryTableController交互。InterfaceCmd涉及较多的背景知识，本节先集中介绍这部分内容。 **1.背景知识介绍** InterfaceCmd涉及三个重要知识点，分别是IFB设备、Netdevice编程和Linux策略路由管理。 （1）IFB设备[13] IFB（Intermediate Functional Block）是IMQ（InterMediate Queuing）的替代者，二者都是Linux为更好地完成流量控制而实现的虚拟设备。相比IMQ而言，IFB的实现代码更少，对SMP（多核）系统支持的也更好。 为什么需要IFB设备呢？2.3.1节介绍tc命令的时候提到，Linux中丰富的流量控制手段和规则都是针对出口流量的，即大多数排队规则（qdisc）都是用于输出方向的。而输入方向主要是入口流量限制，只有一个排队规则，即ingress qdisc。有没有办法让输入流量也能像输出流量那样得到更多的控制呢？ 于是，系统新增了一种方式，用于重定向incoming packets。通过ingress qdisc把输入方向的数据包重定向到虚拟设备IFB，而在IFB的输出方向配置多种qdisc，就可以达到对输入方向的流量做队列调度的目的。 图2-15所示为加上IFB后整个流量控制示意图。系统中一共有两个IFB设备，IFB Device 0用于输入流量控制，IFB Device 1用于输出流量控制。 :-:  图2-15　增加IFB设备后的流量控制 （2）Netdevice编程[15] Netdevice是Linux平台中用于直接针对底层网络设备编程的一套接口，其使用方法很简单，就是利用socket句柄和ioctl函数来操作指定的网络设备。常用的数据结构如下所示。 ~~~ #include <net/if.h> struct ifreq { char ifr_name[IFNAMSIZ]; // 指定要操作的NIC名 union {// 一个联合体，可以设置各种参数 struct sockaddr ifr_addr; // 网卡地址 struct sockaddr ifr_dstaddr; struct sockaddr ifr_broadaddr; // 组播地址 struct sockaddr ifr_netmask; // 网络掩码 struct sockaddr ifr_hwaddr; // MAC地址 short ifr_flags; int ifr_ifindex; int ifr_metric; int ifr_mtu; struct ifmap ifr_map; char ifr_slave[IFNAMSIZ]; char ifr_newname[IFNAMSIZ]; char *ifr_data; }; }; ~~~ Netdevice支持一些特殊的ioctl参数，表2-2展示了几个常见的参数。 :-:  表2-2 Netdevice ioctl参数说明 关于Netdevice的详细信息，读者可通过man netdevice获得。Android为Netdevice编程提供了一些更为简单的API，它们被封装在libnetutils中，统称为ifc_utils，下面介绍其中的三个常用API。 使用ifc_utils之前，需调用ifc_init进行初始化，其代码如下所示。 **ifc_utils.c：：ifc_init** ~~~ int ifc_init(void) // ifc是interface control的缩写 { int ret; if (ifc_ctl_sock == -1) { // 创建一个socket句柄 ifc_ctl_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); ......// 错误处理 } ret = ifc_ctl_sock < 0 ? -1 : 0; return ret; } ~~~ 如果要启动某个NIC（如"ifb0"设备），需调用ifc_up函数，其代码如下所示。 **ifc_utils.c：：ifc_up** ~~~ int ifc_up(const char *name) { // 要启动"ifb0"设备，name设置为"ifb0" int ret = ifc_set_flags(name, IFF_UP, 0); // 设置IFF_UP参数 return ret; } ~~~ ifc_up函数将通过调用ifc_set_flags函数并传递IFF_UP来启动对应的设备，ifc_set_flags的代码如下所示。 **ifc_utils.c：：ifc_set_flags** ~~~ static int ifc_set_flags(const char *name, unsigned set, unsigned clr) { struct ifreq ifr; ifc_init_ifr(name, &ifr); // 初始化ifr参数，把name复制到其ifr_name字符数组中 // 先获取该NIC以前的flag信息 if(ioctl(ifc_ctl_sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) return -1; // 将新的flag加入到原有的flags中 ifr.ifr_flags = (ifr.ifr_flags & (~clr)) | set; return ioctl(ifc_ctl_sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr);// 将组合后的flag传递给Kernel } ~~~ 相比直接使用Netdevice来说，Android封装的ifc_utils更加直观和易用。建议有需要的读者使用ifc_utils对NIC进行操作。 （3）Linux策略路由[16][17] **策略路由**是指系统依据网络管理员定下的一些策略对IP包进行的路由选择。例如网管可设置这样的策略：“所有来自网A的包，选择X路径，其他选择Y路径”，或者“所有TOS（Type Of Service，IP协议头的一部分）为A的包选择路径F，其他选择路径K”。 从Kernel 2.1开始，Linux采用了策略性路由机制。相比传统路由算法，策略路由主要引入了多路由表及规则的概念。 传统路由算法仅使用一张路由表。但在某些情况下，系统需要使用多个路由表。例如，一个子网通过一个路由器与外界相连。而该路由器与外界有两条线路相连，其中一条的速度较快，另一条的速度较慢。对于子网内的大多数用户来说，由于对速度没有特殊要求，可以让他们用速度较慢的路由；但是子网内有一些特殊用户对速度的要求较苛刻，他们需要使用速度较快的路由。很明显，仅使用一张路由表是无法实现上述要求的。而如果根据源地址或其他参数，对不同的用户使用不同的路由表，就可以实现这项要求。 传统Linux下配置路由的工具是route，而实现策略性路由配置的工具是iproute2工具包，常用的命令就是ip命令。 Linux最多可以支持255张路由表，其中有4张表是内置的。 - 表255：本地路由表（local table）。本地接口地址，广播地址和NAT地址都放在这个表中。该路由表由系统自动维护，管理员不能直接修改。 - 表254：主路由表（main table）。如果没有指明路由所属的表，所有的路由都默认都放在这个表里，一般来说，传统路由工具命令（如route）所添加的路由都会加到这个表中。一般是普通的路由。 - 表253：默认路由表（default table）。一般来说默认的路由都放在这张表，但是如果特别指明，该表也可以存储所有的网关路由。 - 表0：默认保留。 2.3.1节简单介绍了ip命令，ip命令的一些具体用法如下。 ~~~ // ①查看路由表的内容命令 ip route list table table_number // ②对于路由的操作包括change、del、add、append、replace、monitor // 向主路由表（main table）即表254添加一条路由，路由的内容是设置192.168.0.4成为网关 ip route add 0/0 via 192.168.0.4 table main // 向路由表1添加一条路由，子网192.168.3.0（子网掩码是255.255.255.0）的网关是192.168.0.3 ip route add 192.168.3.0/24 via 192.168.0.3 table 1 ~~~ 在多路由表的路由体系里，所有的路由操作（如添加路由等）都需要指明要操作的路由表。如果没有指明路由表，系统默认该操作是针对主路由表（表254）开展的。而在单表体系里，路由操作无须指明路由表。 至此，分别介绍了IFB、Netdevice和Linux路由策略等背景知识。在接下来的分析中，读者将看到它们在InterfaceCmd中的应用。 **2.InterfaceCmd命令选项** InterfaceCmd支持较多命令选项，笔者将它们粗略地分为6类。 （1）NIC设备信息管理选项 此类选项包括以下内容。 - list：列举系统当前的网络设备。这是通过枚举/sys/class/net目录下的文件名而来。该目录下的文件（其实是一个设备文件）代表一个具体的网络设备，例如eth0、lo等。/sys目录是Linux设备文件系统（sysfs）的挂载点，用于Linux统一设备管理之用。 - readrxcounter和readtxcounter：这两个选项分别用于读取系统所有网络设备的接收字节数和发送字节数等统计信息。它们都是通过读取/proc/net/dev下的对应文件来实现的。 图2-16所示为Galaxy Note 2对应文件的内容。该文件显示了系统所有网络设备的收发字节数、包数、错误及丢包等各种统计信息。 :-:  图2-16　/proc/net/dev文件内容 :-:  图2-17　list和readrxcounter结果 图2-17展示了在Galaxy Note 2中用ndc执行interface list和readrxcounter选项后的结果。其中最后一行，216为readrxcounter选项对应的返回码，0为错误码，23847为wlan0设备的接收字节数。比较图2-16最后一行wlan0的接收字节数可知，二者完全一致。 （2）输入和输出流量控制选项 InterfaceCmd支持对指定网络设备设置流量阈值，其中包括如下。 - getthrottle：throttle是节流之意，用于流量控制。该选项支持读取发送和接收阈值。不过目前代码中这两个值都将返回0。 - setthrottle：该选项的参数为setthrottle interface rx_kbps tx_kbps，用于控制网卡输入和输出流量。 setthrottle的实现比较复杂，核心代码在ThrottleController类的setInterfaceThrottle函数中。这部分代码充分利用了tc命令。以setthrottle wlan0 100 200为例，调用的命令顺序如下。 ~~~ #htb是Classful类qdisc的一种，属于tc命令中较为复杂的一种用法 tc qdisc add dev wlan0 root handle 1: htb default 1 r2q 1000 tc class add dev wlan0 parent 1: classid 1:1 htb rate 200kbit #利用ifc_utils启动IFB0设备 tc qdisc add dev ifb0 root handle 1: htb default 1 r2q 1000 tc class add dev ifb0 parent 1: classid 1:1 htb rate 100kbit tc qdisc add dev wlan0 ingress tc filter add dev wlan0 parent ffff: protocol ip prio 10 u32 match \ u32 0 0 flowid 1:1 action mirred egress redirect dev ifb0 ~~~ 由上述setthrottle的实现可知，其要完成的功能很简单（就是想对wlan0设备施加输入和输出流量控制），但实现过程却比较复杂，使用了tc命令的很多高级选项。 * * * * * **提示**　本书非专业的Linux网络管理书籍，故此处仅向读者展示这些命令。对其背后原理感兴趣的读者，不妨阅读本章参考资料中列出的书籍。 * * * * * （3）Route控制选项 InterfaceCmd支持路由控制，选项名为"route"。它支持对Route的添加、修改和删除。另外还支持对多路由表的配置。相关代码如下所示。 **CommandListener：：InterfaceCmd：runCommand** ~~~ static int ifc_set_flags(const char *name, unsigned set, unsigned clr) { struct ifreq ifr; ifc_init_ifr(name, &ifr); // 初始化ifr参数，把name复制到其ifr_name字符数组中 // 先获取该NIC以前的flag信息 if(ioctl(ifc_ctl_sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) return -1; // 将新的flag加入到原有的flags中 ifr.ifr_flags = (ifr.ifr_flags & (~clr)) | set; return ioctl(ifc_ctl_sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr);// 将组合后的flag传递给Kernel }......// 略去部分代码 if (!strcmp(argv[1], "route")) { int prefix_length = 0; ......// 参数检测 if (!strcmp(argv[2], "add")) { if (!strcmp(argv[4], "default")) {// 调用ifc_add_route为指定NIC设备添加路由 ifc_add_route(argv[3], argv[5], prefix_length, argv[7]); }......// 错误处理 } else if (!strcmp(argv[4], "secondary")) {// 对多路由表进行操作 return sSecondaryTableCtrl->addRoute(cli, argv[3], argv[5],prefix_length, argv[7]); } ......// 错误处理 } ......// 处理删除、修改等 } ~~~ 由上述代码可知： - 当添加的是默认路由时，直接调用ifc_add_route函数为指定设备添加一个路由。该功能的实现利用了多种ifc_utils的ifc_add_route函数（也就是基于Netdevice封装的API），对应的IOCTL参数为SIOCADDRT。请读者自行研究该函数的实现。 - 如果是针对多路由表的"secondary"，则使用SecondaryTableCtrontroller的addRoute函数来添加路由。该函数中，SecondaryTableCtrl首先会计算一个Table索引，然后利用ip命令将路由添加到对应的Table中。 addRoute的核心是调用modifyRoute，其代码如下所示。 **SecondaryTableController.cpp：：modifyRoute** ~~~ int SecondaryTableController::modifyRoute(SocketClient *cli, const char *action, char *iface, char *dest, int prefix, char *gateway, int tableIndex) { char *cmd; if (strcmp("::", gateway) == 0) { asprintf(&cmd, "%s route %s %s/%d dev %s table %d", IP_PATH, action, dest, prefix, iface, tableIndex+BASE_TABLE_NUMBER); } else { // 调用ip route命令的参数 asprintf(&cmd, "%s route %s %s/%d via %s dev %s table %d", IP_PATH, action, dest, prefix, gateway, iface, tableIndex+BASE_TABLE_NUMBER); } if (runAndFree(cli, cmd)) { ......// 错误处理 return -1; } // SecondaryTableControl对各个Table表的使用都有计数控制。请读者自行阅读相关代码 ......// 略去相关代码 modifyRuleCount(tableIndex, action); cli->sendMsg(ResponseCode::CommandOkay, "Route modified", false); return 0; } ~~~ 上述代码中，以wlan0为例，对应的ip命令情况如下。 ~~~ ip route add 192.168.0.100/24 via 192.168.0.1 dev wlan0 table 78#使用路由表78 ~~~ （4）Driver控制选项 该选项的名为"driver"，由InterfaceController加载/system/lib/libnetcmd.so对Kernel中的Driver进行控制。而针对Driver操作的API由InterfaceController的interfaceCmd来完成。 **InterfaceController.cpp** ~~~ char if_cmd_lib_file_name[] = "/system/lib/libnetcmdiface.so"; char set_cmd_func_name[] = "net_iface_send_command"; char set_cmd_init_func_name[] = "net_iface_send_command_init"; char set_cmd_fini_func_name[] = "net_iface_send_command_fini"; ~~~ InterfaceController构造时会加载libnetcmdinface.so，然后获取上面三个函数的指针。这三个函数用于直接向驱动发送命令。由于代码中没有任何说明，而且也没有地方用到它，故读者仅简单了解即可。 * * * * * **提示**　 笔者认为libnetcmdiface的目的应该是支持某些网络设备生产厂商（如Broadcom）特有的一些命令选项。由于厂商的这些特殊选项不通用，它们不能向其他命令选项一样在代码中被列举出来。 另外，根据本书审稿专家的反馈，在实际产品中不存在libnetcmdiface.so文件。对博通公司的芯片而言，其私有命令的代码在hardware/broadcom/wlan/bcmhdh/wpa_supplicant_8_lib中，对应的库文件为lib_driver_cmd_bcmdhd.so。 * * * * * （5）IFC设备控制选项 IFC设备控制选项主要是利用ifc_utils API对设备进行管理和控制，例如获取某个设备的配置信息、启动某个设备、配置某个设备的MTU等。主要利用上文介绍的IFC接口对设备进行控制，例如启动、设置MTU等。本节仅给出利用getcfg选项查询wlan0网络设备配置情况的示意图，如图2-18所示。 :-:  图2-18　getcfg wlan0结果 图2-18显示了Galaxy Note 2打开Wi-Fi后wlan0设备的配置信息，其中： - 90：18：7c：69：88：e2为该设备的MAC地址。 - 192.168.1.101和24为IP地址以及子网掩码（255.255.255.0）。 - up、broadcast、running和multicast表示该设备当前已经启动并正在运行，并支持广播和组播。 （6）IPv6控制选项[18] InterfaceCmd支持两个IPv6选项。 - ipv6privacyextensions：用于控制网卡使用临时IPv6地址的情况。该功能需要要3.0以上的kernel控制方法就是向/proc/sys/net/ipv6/网卡名/conf/use_tempaddr写入对应的值。值为0表示不允许IPv6临时地址，值为2表示优先使用临时IP地址，值为1则表示优先使用非临时IP地址。 - ipv6：用于启动或禁止网卡的IPv6支持。往/proc/sys/net/ipv6/网卡名/conf/disable_ipv6中写入0或1即可。