数据结构

模块加载

static int __init tun_init(void)
{
       ret = rtnl_link_register(&tun_link_ops);
       ret = misc_register(&tun_miscdev);
       ret = register_netdevice_notifier(&tun_notifier_block);
}

 

模块初始化时，主要注册一些操作函数和接口。

1. tun_link_ops

static struct rtnl_link_ops tun_link_ops __read_mostly = {
	.kind		= DRV_NAME,
	.priv_size	= sizeof(struct tun_struct),
	.setup		= tun_setup,
	.validate	= tun_validate,
	.get_size       = tun_get_size,
	.fill_info      = tun_fill_info,
};

tun_setup(struct net_device *dev)，该函数在创建tun设备时，用来初始化设备。

2. tun_miscdev

static struct miscdevice tun_miscdev = {
	.minor = TUN_MINOR,
	.name = "tun",
	.nodename = "net/tun",
	.fops = &tun_fops,
};

static const struct file_operations tun_fops = {
	.owner	= THIS_MODULE,
	.llseek = no_llseek,
	.read_iter  = tun_chr_read_iter,
	.write_iter = tun_chr_write_iter,
	.poll	= tun_chr_poll,
	.unlocked_ioctl	= tun_chr_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
	.compat_ioctl = tun_chr_compat_ioctl,
#endif
	.open	= tun_chr_open,
	.release = tun_chr_close,
	.fasync = tun_chr_fasync,
#ifdef CONFIG_PROC_FS
	.show_fdinfo = tun_chr_show_fdinfo,
#endif
};

3. tun_notifier_block

static struct notifier_block tun_notifier_block __read_mostly = {
	.notifier_call	= tun_device_event,
};

向netdev_chain通知链中注册该接口，订阅以下事件：

enum netdev_cmd {
       NETDEV_UP  = 1,
       NETDEV_DOWN,
       NETDEV_REBOOT,
       NETDEV_CHANGE,
       NETDEV_REGISTER,
       NETDEV_UNREGISTER,
       NETDEV_CHANGEMTU,
       NETDEV_CHANGEADDR,
       NETDEV_GOING_DOWN,
       NETDEV_CHANGENAME,
       …
}

网络子系统初始化

在网络模块初始化的时候，注册网络数据软中断的执行函数

open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);
open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);

这里的tx和rx是相对于内核协议栈来说的：

NET_TX_SOFTIRQ：发送数据到用户空间

NET_RX_SOFTIRQ：从用户空间接收数据

 

net_tx_action：

qdisc_run，循环发送报文
    qdisc_restart，
      dequeue_skb，从缓存区中得到待发送的skb
        sch_direct_xmit，
          xmit_one，
              netdev_start_xmit
	          ops->ndo_start_xmit，tun_net_xmit将skb加入socket的sk_receive_queue中

static const struct net_device_ops tun_netdev_ops = {
	.ndo_uninit		= tun_net_uninit,
	.ndo_open		= tun_net_open,
	.ndo_stop		= tun_net_close,
	.ndo_start_xmit		= tun_net_xmit,
	.ndo_fix_features	= tun_net_fix_features,
	.ndo_select_queue	= tun_select_queue,
	.ndo_set_rx_headroom	= tun_set_headroom,
	.ndo_get_stats64	= tun_net_get_stats64,
};

 

net_rx_action：

napi_poll调用napi_struct的poll函数获取数据，poll函数注册的是tun_napi_poll，该函数轮询从socket的sk_write_queue中取出skb，传入协议栈。

tun_napi_poll
    tun_napi_receive
        napi_gro_receive
            napi_skb_finish
                netif_receive_skb_internal，将skb数据包送进协议栈。

虚拟网卡创建

1. 打开字符设备/dev/net/tun，获得文件描述符；

open操作执行tun_fops的 open函数（tun_chr_open）。该函数在内核中创建一个tun协议的socket，将该socket与打开的文件描述符做关联。tun_socket_ops为该socket的操作函数集，包含发送和接收接口：

/* Ops structure to mimic raw sockets with tun */
static const struct proto_ops tun_socket_ops = {
	.peek_len = tun_peek_len,
	.sendmsg = tun_sendmsg,
	.recvmsg = tun_recvmsg,
};

2. 执行ioctl，传入命令字TUNSETIFF，该命令字的处理函数是tun_set_iff：

(1) alloc_netdev_mqs，如果执行ioctl的时候传入了IFF_MULTI_QUEUE，则调用该函数创建网卡设备，分配net_device和其private data(tun_struct)的内存，调用tun_setup初始化tun_struct。

(2) tun_net_init，初始化net_device

(3) tun_attach，设备上报

如果执行ioctl时传入了IFF_NAPI参数，则TUN驱动将创建napi_struct结构体，将注册一个NAPI的poll处理函数tun_napi_poll，该poll函数用于轮询地从缓冲区获取数据传入内核协议栈，即从tun设备文件描述符的socket的sk_write_queue中取出skb，传入协议栈。

(4) register_netdevice，向内核注册新创建的net_device，广播NETDEV_REGISTER事件。

从用户空间获取数据包

tun_get_user，从用户空间缓冲区读取数据packet，封装skb

如果使能了napi，则将一定数量的skb放入sock的sk_write_queue队列中，执行napi_schedule，该函数会触发软中断NET_RX_SOFTIRQ，中断处理函数取出skb发到协议栈，参考【网络子系统初始化】部分。

发送数据包到用户空间

tun_put_user将一定数量的skb放到缓冲区，触发软中断NET_TX_SOFTIRQ，参考【网络子系统初始化】部分。

数据流向