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Tap设备通常用于虚拟化场景下#xff0c;其驱动代码位于drivers/net/tun.c#xff0c;tap与tun复用大部分代码#xff0c; 注#xff1a;drivers/net/tap.c并不是tap设备的代码#xff0c;而是macvtap和ipvtap#xff1b; 下文中#xff0c;我们统一称tap#…1 概述
Tap设备通常用于虚拟化场景下其驱动代码位于drivers/net/tun.ctap与tun复用大部分代码 注drivers/net/tap.c并不是tap设备的代码而是macvtap和ipvtap 下文中我们统一称tap参考下图tap设备架构 图中标注了关键函数以及数据流向。 tap设备分为两部分
网卡功能向上对接着内核协议栈对应驱动中的数据结构tun_struct数据接口向下对接虚拟网卡后端对应驱动中的数据结构tun_file它有两种接口 file给用户态使用在内核的处理函数是tun_chr_read/write_iter()socket给内核态使用主要是vhost如上图中
在上面的图中哪部分是虚拟网卡
virtio-net (qemu-vhost) tap virtio-net是Guest上虚拟网卡的前端qemu是控制平面vhost是数据平面tap设备是需要网卡的后端tap (qemu-vhost) virtio-net tap是Host上虚拟网卡的前端qemu是控制平面vhost是数据平面virti-net是虚拟网卡的后端
tap设备本身作为虚拟网卡同时也是Guest虚拟网卡的后端
作为Host虚拟网卡的前端 (为自己带盐)作为virtio-net (qemu-vhost)的后端 (给别人善后)
2 tun_file
2.1 创建
在我们open /dev/net/tun时参考代码
tun_chr_open()
---tfile (struct tun_file *)sk_alloc(net, AF_UNSPEC, GFP_KERNEL,tun_proto, 0);...if (ptr_ring_init(tfile-tx_ring, 0, GFP_KERNEL)) {sk_free(tfile-sk);return -ENOMEM;}...tfile-socket.file file;tfile-socket.ops tun_socket_ops;sock_init_data(tfile-socket, tfile-sk);...file-private_data tfile;...
--- 我们获得了一个fd它对应着一个tun_file这个tun_file中还有一个socket但是我们并不能对这个fd直接执行sendmsg/recvmsg因为它代表的是一个char设备要想获得tun_file中的socket需要从内核态调用特殊接口
get_socket()- get_tap_socket()- tun_get_socket()---if (file-f_op ! tun_fops)return ERR_PTR(-EINVAL);tfile file-private_data;if (!tfile)return ERR_PTR(-EBADFD);return tfile-socket;---
2.2 功能
对于tap虚拟网卡来说每个tun_file就是它的一个通道或者说队列 在tun_net_xmit()可以明显的看到其根据queue_mapping选择tun_file的流程
tun_net_xmit()
---int txq skb-queue_mapping;...tfile rcu_dereference(tun-tfiles[txq]);...if (ptr_ring_produce(tfile-tx_ring, skb))goto drop;...
---
tun_file在创建之后第一次通过ioctl TUNSETIFF会创建一个tap设备同时也可以attach到一个已经存在的tap设备中
TUNSETIFF 1st time,
create a net_device and attach current tun_file on it
------------------------------------------------------------------
tun_set_iff()
---dev alloc_netdev_mqs(sizeof(struct tun_struct), name,NET_NAME_UNKNOWN, tun_setup, queues,queues);...err tun_attach(tun, file, false, ifr-ifr_flags IFF_NAPI,ifr-ifr_flags IFF_NAPI_FRAGS, false);...err register_netdevice(tun-dev);...strcpy(ifr-ifr_name, tun-dev-name);...// This name will be copied to userland
---TUNSETIFF 2nd time,
attach another tun_file on this tun net_device
-------------------------------------------------------------------
tun_set_iff()
---dev __dev_get_by_name(net, ifr-ifr_name);if (dev) {...err tun_attach(tun, file, ifr-ifr_flags IFF_NOFILTER,ifr-ifr_flags IFF_NAPI,ifr-ifr_flags IFF_NAPI_FRAGS, true);...}
---
tun_file一端对接Host Networking Stack另一端则通过file或者socket对接着Tap虚拟网卡的后端 作为skb通道它主要包含两部分功能缓存和事件通知
当skb从Host协议栈发送进Tap设备时 tun_net_xmit()
---if (ptr_ring_produce(tfile-tx_ring, skb))goto drop;/* NETIF_F_LLTX requires to do our own update of trans_start */queue netdev_get_tx_queue(dev, txq);queue-trans_start jiffies;/* Notify and wake up reader process */if (tfile-flags TUN_FASYNC)kill_fasync(tfile-fasync, SIGIO, POLL_IN);tfile-socket.sk-sk_data_ready(tfile-socket.sk);
---
//sock_def_readable() sock_init_data()SYNC
tun_recvmsg() / tun_chr_read_iter()- tun_do_read()- tun_ring_recv()---ptr ptr_ring_consume(tfile-tx_ring);if (ptr)goto out;if (noblock) {error -EAGAIN;goto out;}add_wait_queue(tfile-socket.wq.wait, wait);while (1) {set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);ptr ptr_ring_consume(tfile-tx_ring);if (ptr)break;...schedule();}__set_current_state(TASK_RUNNING);remove_wait_queue(tfile-socket.wq.wait, wait);---ASYNC
vhost_net_enable_vq()
---sock vhost_vq_get_backend(vq);if (!sock)return 0;return vhost_poll_start(poll, sock-file);
---tun_chr_poll()
---sk tfile-socket.sk;poll_wait(file, sk_sleep(sk), wait);...
---vhost_poll_init()
---init_waitqueue_func_entry(poll-wait, vhost_poll_wakeup);
---
sk_sleep()就是sk-sk_wq在sk_def_readable()会对其执行唤醒操作进而调用vhost_poll_wakeup()后者会提交一个vhost work执行handle_rx操作。 tun_file中的ptr ring会缓存skb并通过skb的sk_data_ready()发出通知等待事件有两种同步或者异步参考以上代码片段。 当skb从Tap设备发往Host协议栈时代码较为简单 tun_sendmsg() / tun_chr_write_iter()- tun_get_user()- tun_rx_batched()- netif_receive_skb()
