基于linux内核5.4.54
veth是一个虚拟网络设备，是通过linux内核网络设备驱动实现的
/* veth设备在内核上注册的调用方法 */
static const struct net_device_ops veth_netdev_ops = {
.ndo_init = veth_dev_init, /* 初始化设备 */
.ndo_open = veth_open, /* 打开设备 */
.ndo_stop = veth_close, /* 关闭设备 */
.ndo_start_xmit = veth_xmit, /* 传输数据包(重要) */
.ndo_get_stats64 = veth_get_stats64, /* 拷贝硬件统计计数到用户空间 */
.ndo_set_rx_mode = veth_set_multicast_list, /* 里面是空函数,骗人的 */
.ndo_set_mac_address = eth_mac_addr, /* 修改MAC地址 */
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
.ndo_poll_controller = veth_poll_controller, /* 里面是空函数,骗人的 */
#endif
.ndo_get_iflink = veth_get_iflink, /* 获取设备的iflink值(应该是编号) */
...
.ndo_bpf = veth_xdp, /* 设置或查询设备上与XDP相关的状态，以及管理BPF offload。 */
.ndo_xdp_xmit = veth_xdp_xmit, /* 传输XDP数据包 */
};
通过veth将两个容器连接起来
收发路径:
进程(容器1)
|--系统调用进入Namespace1的网络协议栈,容器1创建进程时会为进程设置network namespace
kernel层: 创建skb，从用户空间拷贝数据到内核空间
TCP/UDP封包
IP封包,跑Namespace1的路由和iptables
|--出协议栈进入网络设备
调用网络设备驱动的传输数据包函数
|
veth_xmit: veth驱动注册的传输函数
|
veth_forward_skb
|
__dev_forward_skb: 清除 skb 中可能影响命名空间隔离的所有信息
| 并且会更新数据包要到达的网路设备(skb->dev),由eth0改为eth1
| 数据包要跑的协议栈(network namespace)由skb->dev的nd_net字段决定
|
XDP钩子点
|
netif_rx
|
netif_rx_internal: cpu软中断负载均衡
|
enqueue_to_backlog: 将skb包加入指定cpu的input_pkt_queue队尾
queue为空时激活网络软中断,
queue不为空不需要激活软中断,cpu没清空队列之前
会自动触发软中断
每个cpu都有自己的input_pkt_queue(接收队列,默认大小1000,可修改),和process_queue(处理队列),软中断处理函数处理完成process_queue中的所有skb包之后,会将将input_pkt_queue拼接到process_queue
input_pkt_queue和process_queue是cpu为非NAPI设备准备的队列,NAPI设备有自己的队列
cpu处理网络数据包过程:
do_softirq()
|
net_rx_action: 网络软中断处理函数
|
napi_poll
|
n->poll: veth设备没有定义poll,调用默认poll函数-process_backlog
|
process_backlog: cpu循环从process_queue中取出skb处理,最多处理300个skb,
| 处理队列清空后,拼接input_pkt_queue到process_queue队尾
|
__netif_receive_skb
|
...
|
__netif_receive_skb_core: 跑eth1所在的Namespace2的网络协议栈
(最终容器2进程收到数据包)
总结veth工作过程:
容器1进程生成数据包---->eth0--->veth修改清除信息---->eth1--->容器2进程收到数据包
具体实现:
容器1进程发包到eth0, veth改数据包内容, 将数据包加入某个cpu的队列, 等待cpu处理
cpu处理数据包时, 运行容器2的eth1所在的网络协议栈(Namespace2), 最终发到容器2的应用中
相当于数据包从容器1中到了容器2中
硬件网卡设备接受数据包示意图
veth虚拟设备与硬件网卡设备区别
- veth设备与硬件网卡设备相比少了DMA,Ring Buffer,中断处理函数
- veth设备是零拷贝的
硬件网卡设备与veth相比有2次拷贝损耗:
一次是接收数据包时DMA到内核空间的拷贝,一次是发送数据包时内核空间到DMA的拷贝