xv6 Lab6 network driver - MIT 6.1810 Fall 2025 Operating System

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中断 Interrupt：硬件需要得到 OS 的关注，产生一个中断，过程与系统调用类似。但是不同点：

• 异步，与当前 CPU 运行的进程无关
• 并行，设备与 CPU 并行运行
• 需要驱动程序

许多设备驱动都会在两个不同的上下文中执行代码：

• top half（上半部）：运行在某个进程的内核线程中。
• bottom half（下半部）：在发生中断时执行，也就是中断处理程序。

Part One：NIC

网络栈已经准备好了一个装有完整数据包的内存 buffer（存放数据包 packets 的），我们需要做的是补全两个函数。

一些陌生名词的解释：

• NIC Network Interface Card 网卡，E1000 也是网卡的一种

• DMA Direct Memory Access 直接内存访问：

  • 一般而言，硬件不能直接操纵内核内存
  • 但是配置好 DMA 之后，E1000 可以直接读写指定的内存，也就是 buffer
  • 这样，CPU 就不需要自己搬运数据

• Descriptor 描述符，主要是告诉网卡，数据包的位置、长度、以及别的信息，代码里面是 tx_desc

  descriptor
  ├── addr：buffer 的内存地址
  ├── length：数据包长度
  ├── status：网卡是否处理完成
  └── cmd：要求网卡执行什么操作

  • TX descriptor：描述「需要发送的数据包」。
  • RX descriptor：描述「用来接收数据包的空 buffer」。

• Descriptor Ring 因为描述符的数量不够，所以是一个回环，题目里面是 0~15

• Control register，驱动通过控制寄存器来通知 E1000 相关的操作，具体而言，是 regs[]

• TDT Transmit Descriptor Tail，可以理解为「TX ring 中，驱动下一次应该填写哪个 descriptor」

• RDT Receive Descriptor Tail，「驱动已经处理完并重新交还给 E1000 的最后一个 RX descriptor」

• DD Descriptor Done，descriptor 的 status 字段中的一个标志位

  • TX 的 DD 表示 E1000 已经把这个 descriptor 对应的数据包发送完，也不再读取它的 buffer
  • RX 的 DD 表示 E1000 已经收到一个数据包，并将它完整写入这个 descriptor 指向的 buffer

• EOP End Of Packet 数据包的结尾

• RS Report Status

• net_rx() xv6 网络栈接收数据包的入口

首先是补全 e1000_transmit()：

代码C · 26 行

int
e1000_transmit(char *buf, int len)
{
  acquire(&e1000_lock);

  uint32 index = regs[E1000_TDT];
  struct tx_desc *desc = &tx_ring[index];

  if((desc->status & E1000_TXD_STAT_DD) == 0){
    release(&e1000_lock);
    return -1;
  }

  if(desc->addr != 0)
    kfree((void *)desc->addr);

  desc->addr = (uint64)buf;
  desc->length = len;
  desc->cmd = E1000_TXD_CMD_EOP | E1000_TXD_CMD_RS;
  desc->status = 0;

  regs[E1000_TDT] = (index + 1) % TX_RING_SIZE;

  release(&e1000_lock);
  return 0;
}

根据上面的概念和 hints，即可完成。

然后是 e1000_recv()，同理完成即可。

Part Two: UDP Receive

这个 part 里面，spec 给得更加详细了。照着读就行，甚至不需要读别的手册。

照着 hints 一步一步来：

1. 创建数据结构

Create a struct to keep track of bound ports and the packets in their queues.

定义两个：

• udp_packet 表示队列中的一个数据包
• udp_port 表示一个已经绑定的端口，同时记录下一个端口，从而形成链表，依此可以检查端口是否分配

使用端口对象池分配绑定端口：

#define UDP_PORTS_PER_PAGE 12

struct udp_port_page {
  struct udp_port ports[UDP_PORTS_PER_PAGE];
  int used;
  struct udp_port_page *next;
};

sys_bind() 的实现：检查传入端口号，然后检查是否绑定，没有就分配，然后加入 ports 链表。

ip_rx() 的实现：检查收到的包，然后找对应的端口。

sys_recv() 的实现：根据hint跑即可。

另：有个试着获得 mit pdos 官网 DNS 的测试，如果开着梯子的一些特殊设置似乎过不去，然后我就试着关掉梯子 / 系统代理 / TUN 连环关掉测试...最后得到的结果是：打开系统代理，关闭 TUN 即可。

记得修改代理之后，还需要重启 WSL 才能应用。

通过所有测试