tun驱动之ioctl

 

struct ifreq ifr;
ifr.ifr_flags |= IFF_TAP | IFF_NO_PI;
ioctl(fd, TUNSETIFF, (void *)&ifr);

上面的代码的意思是设置网卡信息，并将tun驱动设置为TAP模式。在TAP模式下，在用户空间下调用open打开/dev/net/tun驱动文件，发送(调用send函数)的和接收(调用read函数)到的，都是以太包。

以上面代码为切入点，来看下内核的处理逻辑。

tun驱动的ioctl对应的是tun_chr_ioctl。

一  tun_chr_ioctl

在tun_chr_ioctl中调用了__tun_chr_ioctl。

static long __tun_chr_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd,
			    unsigned long arg, int ifreq_len)
{
	struct tun_file *tfile = file->private_data;
	struct tun_struct *tun;
	void __user* argp = (void __user*)arg;
	struct ifreq ifr;

    // 将用户空间的数据，拷贝到ifr中
	if (cmd == TUNSETIFF || cmd == TUNSETQUEUE || _IOC_TYPE(cmd) == SOCK_IOC_TYPE) {
		if (copy_from_user(&ifr, argp, ifreq_len))
			return -EFAULT;
	} else {
		memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
	}

	ret = 0;
	rtnl_lock();

	// 获取tun_struct结构，首次调用TUNSETIFF时为NULL
	tun = tun_get(tfile);
	if (cmd == TUNSETIFF) {
		ret = -EEXIST;
		if (tun)
			goto unlock;

		ifr.ifr_name[IFNAMSIZ-1] = '\0';

		ret = tun_set_iff(sock_net(&tfile->sk), file, &ifr);

		if (ret)
			goto unlock;

		// 将ifr中的数据，拷贝到用户空间
		if (copy_to_user(argp, &ifr, ifreq_len))
			ret = -EFAULT;
		goto unlock;
	}
	... ...
}

在__tun_chr_ioctl中，调用tun_get获取tfile对应的tun。

tun_get相当于执行下面的操作：

struct tun_struct *tun = rcu_dereference(tfile->tun);

第一次执行时，tun为空，调用tun_set_iff。

二 tun_set_iff

tun_chr_ioctl

|- __tun_chr_ioctl

  |- tun_set_iff

调用ifconfig命令时，左侧显示的名称，即网卡名称，保存到了ifreq结构的ifr_name字段中。

 2.1 获取网卡设备

根据网卡名称(如myeth1)，获取网络设备，是通过__dev_get_by_name函数来实现的。

net是网络设备空间，用来实现网络空间隔离，其dev_name_head指向一个hlist_head数组。根据传入的网卡名称，计算出该网卡设备在数组中哪个hlist_head上。最后遍历挂到此hlist_head上的所有网络设备(net_device)，如果名称一致，则为所查找的网络设备。由于还未为tun驱动增加网络设备，因此__dev_get_by_name返回空。

2.2 申请网络设备

申请网络设备，是通过来实现的。

dev = alloc_netdev_mqs(sizeof(struct tun_struct), name,
				       NET_NAME_UNKNOWN, tun_setup, queues,
				       queues);

struct net_device *alloc_netdev_mqs(int sizeof_priv, const char *name,
		unsigned char name_assign_type,
		void (*setup)(struct net_device *),
		unsigned int txqs, unsigned int rxqs)
{
	struct net_device *dev;
	unsigned int alloc_size;
	struct net_device *p;

	alloc_size = sizeof(struct net_device);
	if (sizeof_priv) {
		alloc_size += sizeof_priv;
	}

	p = kvzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL | __GFP_RETRY_MAYFAIL);

	setup(dev);

	return dev;
}

在alloc_netdev_mqs，申请的内存的大小为sizeof(struct net_device) + sizeof(struct tun_struct)，即同时分配了net_device和tun_struct两个结构。申请完内存后，调用setup，即tun_setup。

2.2.1 设置网络设备

tun_chr_ioctl

|- __tun_chr_ioctl

  |- tun_set_iff

    |- alloc_netdev_mqs

      |- tun_setup

 内核申请空间时，同时申请了net_device和tun_struct，net_device的后面，紧挨者的是tun_struct。netdev_priv就是通过此方法，得到tun_struct的地址。

static void tun_setup(struct net_device *dev)
{
	struct tun_struct *tun = netdev_priv(dev);

	tun->owner = INVALID_UID;
	tun->group = INVALID_GID;

	// 设置ethtool_ops
	dev->ethtool_ops = &tun_ethtool_ops;
	dev->needs_free_netdev = true;
	// 设置destructor
	dev->priv_destructor = tun_free_netdev;
	/* We prefer our own queue length */
	dev->tx_queue_len = TUN_READQ_SIZE;
}

让我们再回到tun_set_iff中。

static int tun_set_iff(struct net *net, struct file *file, struct ifreq *ifr)
{
		dev = alloc_netdev_mqs(sizeof(struct tun_struct), name,
				       NET_NAME_UNKNOWN, tun_setup, queues,
				       queues);
		err = dev_get_valid_name(net, dev, name/*tun1*/); // 将用户空间传入的name拷贝到dev->name
		dev_net_set(dev, net); // 设置网络空间, dev->nd_net = net
		dev->rtnl_link_ops = &tun_link_ops;
		tun = netdev_priv(dev);  // 取到对应的tun_struct
		tun->dev = dev; // 关联tun_struct和net_device
		tun_net_init(dev); // 初始化mac地址等
		err = tun_attach(tun, file, false, ifr->ifr_flags & IFF_NAPI); // tfile->tun = tun
		err = register_netdevice(tun->dev); // 注册网络设备
}

为了理清各个结构之间的关系，直接看下图吧：

 2.3 关联tun_file和tun_struct

前面说过，第一次调用tun_get时，返回的结果为空，因为tun_file和tun_struct还没有进行关联，两个结构是在下面进行关联的。

static int tun_attach(struct tun_struct *tun, struct file *file,
              bool skip_filter, bool napi)
{
    rcu_assign_pointer(tfile->tun, tun);
}

后面就可以调用tun_get，通过tun_file获取到tun_struct了。

2.4 注册网络设备

注册网络设备，除了调用netdev_register_kobject在sysfs中注册跟网络设备关联的项外，还调用call_netdevice_notifiers，将NETDEV_POST_INIT和NETDEV_REGISTER事件，通知到已添加到netdev_chain链表中的notifier_block；将网络设备添加到第一张图所示的链表中。

int register_netdevice(struct net_device *dev)
{
	ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_POST_INIT, dev);
    ret = netdev_register_kobject(dev);
	list_netdevice(dev); // 将dev添加到指定的hlist_head列表中
	ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_REGISTER, dev);
}

static void list_netdevice(struct net_device *dev)
{
	struct net *net = dev_net(dev);
	hlist_add_head_rcu(&dev->name_hlist, dev_name_hash(net, dev->name));
}