net_ns_init

전체 흐름

network stack은 sk_buff가 driver, NAPI, protocol stack, socket, qdisc 사이를 이동하는 data-plane이다. throughput만 보면 안 되고, drop attribution과 CPU affinity를 같이 봐야 한다.

핵심 확인 사항

함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.

오류 처리 확인

정상 경로와 실패 경로를 함께 확인한다. 성공 경로뿐 아니라 오류 복구, hotplug, 해제 과정에서 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.

그림 1. net_ns_init 이 kernel 안에서 놓이는 위치

NIC / driverRX ring, TX completion, IRQ

→

NAPI / softirqpoll budget, GRO, backlog

→

protocol stackL2/L3/L4 dispatch

→

socket / qdiscuserspace queue and TX policy

왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 각 코드 조각이 어느 단계에 해당하는지 대조한다.

소스 코드 위치

먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일

원본 코드:

Linux 6.18.37 LTS: net/core/net_namespace.c
Linux 6.18.37 LTS: net/core/dev.c
Linux 6.18.37 LTS: include/net/net_namespace.h

설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.

GitHub 원본:

net/core/net_namespace.c net/core/dev.c include/net/net_namespace.h

대표 코드

원본 코드: net/core/net_namespace.c, 1097행 부근

	nlmsg_free(msg);
out:
	rtnl_set_sk_err(net, RTNLGRP_NSID, err);
}

void __init net_ns_init(void)
{
	struct net_generic *ng;

#ifdef CONFIG_NET_NS
	net_cachep = kmem_cache_create("net_namespace", sizeof(struct net),
					SMP_CACHE_BYTES,
					SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT, NULL);

	/* Create workqueue for cleanup */
	netns_wq = create_singlethread_workqueue("netns");
	if (!netns_wq)
		panic("Could not create netns workq");
#endif

	ng = net_alloc_generic();
	if (!ng)
		panic("Could not allocate generic netns");

	rcu_assign_pointer(init_net.gen, ng);

#ifdef CONFIG_KEYS
	init_net.key_domain = &init_net_key_domain;
#endif
	down_write(&pernet_ops_rwsem);
	preinit_net(&init_net);
	if (setup_net(&init_net, &init_user_ns))
		panic("Could not setup the initial network namespace");

	init_net_initialized = true;
	up_write(&pernet_ops_rwsem);

	if (register_pernet_subsys(&net_ns_ops))
		panic("Could not register network namespace subsystems");

확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.

setup_net

원본 코드: net/core/net_namespace.c, 303행 부근


	return peer;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(get_net_ns_by_id);

/* init code that must occur even if setup_net() is not called. */
static __net_init void preinit_net(struct net *net)
{
	ref_tracker_dir_init(&net->notrefcnt_tracker, 128, "net notrefcnt");
}

/*
 * setup_net runs the initializers for the network namespace object.
 */
static __net_init int setup_net(struct net *net, struct user_namespace *user_ns)
{
	/* Must be called with pernet_ops_rwsem held */
	const struct pernet_operations *ops, *saved_ops;
	int error = 0;
	LIST_HEAD(net_exit_list);

	refcount_set(&net->ns.count, 1);
	ref_tracker_dir_init(&net->refcnt_tracker, 128, "net refcnt");

	refcount_set(&net->passive, 1);
	get_random_bytes(&net->hash_mix, sizeof(u32));
	preempt_disable();
	net->net_cookie = gen_cookie_next(&net_cookie);
	preempt_enable();
	net->dev_base_seq = 1;
	net->user_ns = user_ns;
	idr_init(&net->netns_ids);
	spin_lock_init(&net->nsid_lock);
	mutex_init(&net->ipv4.ra_mutex);

	list_for_each_entry(ops, &pernet_list, list) {
		error = ops_init(ops, net);
		if (error < 0)
			goto out_undo;
	}

함수별 분석

network namespace 기반 전역 상태를 만들고 loopback, pernet operations가 독립된 network stack instance를 가질 수 있게 한다.

이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.

그림 2. net_ns_init 함수 체인과 관찰 지점

entrycaller가 넘기는 객체와 context를 확정

→

net_ns_init기본 namespace 준비

→

setup_netsubsystem callback 순서 확정

→

observable statetracepoint, counter, sysfs/proc에서 확인되는 결과

각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.

1. `net_ns_init`

net_ns_init 주변에서는 struct net를 중심으로 본다. 이 필드는 namespace root 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 init_net created 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 기본 namespace 준비을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: network namespace를 process namespace와 같은 lifetime으로 단순화함

2. `setup_net`

setup_net 주변에서는 pernet_operations를 중심으로 본다. 이 필드는 namespace init/exit callbacks 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 pernet registered 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 subsystem callback 순서 확정을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: pernet exit ordering을 무시함

함수	입력	상태 변경	검증 질문
net_ns_init	struct net, caller context, subsystem 전제 조건	init_net created: 기본 namespace 준비	network namespace를 process namespace와 같은 lifetime으로 단순화함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가
setup_net	pernet_operations, caller context, subsystem 전제 조건	pernet registered: subsystem callback 순서 확정	pernet exit ordering을 무시함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가

구조체와 필드

여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.

그림 3. net_ns_init 핵심 필드 연결

struct netnamespace root

→

pernet_operationsnamespace init/exit callbacks

→

init_netinitial namespace

→

netns idnamespace visibility

필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.

필드	읽는 법	확인
struct net	namespace root	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
pernet_operations	namespace init/exit callbacks	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
init_net	initial namespace	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
netns id	namespace visibility	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인

실행 단계와 상태 변화

실행 단계를 따로 정리하면 정상 경로와 실패 경로를 나란히 비교할 수 있다. 커널 문제는 최종 결과보다 준비가 덜 된 중간 상태를 다른 코드에 공개한 뒤, 실패 시 제대로 정리하지 못할 때 자주 발생한다.

그림 4. net_ns_init 실행 단계

init_net created기본 namespace 준비

→

pernet registeredsubsystem callback 순서 확정

→

loopback up기본 device 준비

→

copy_net_nsclone 시 새 namespace 생성

화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.

상태	의미	진입 조건	깨지는 지점
init_net created	기본 namespace 준비	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
pernet registered	subsystem callback 순서 확정	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
loopback up	기본 device 준비	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
copy_net_ns	clone 시 새 namespace 생성	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때

net_ns_init 검토 기준 = 상태 변화 + 소유권 변화 + 외부 공개 시점

불변 조건과 실패 사례

lifetime

net_ns_init의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.

ordering

상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.

오류 복구

중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.

bring-up symptom

embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.

주의

network namespace를 process namespace와 같은 lifetime으로 단순화함

주의

pernet exit ordering을 무시함

주의

init_net 전역 접근을 namespace-safe로 착각함

계측과 검증

계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.

도구	보는 것	해석
net:* tracepoints	net_ns_init 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
ip netns	net_ns_init 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
ftrace:setup_net	net_ns_init 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
cat /proc/net/dev	net_ns_init 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인

기본 추적 경로:

# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe

추가 확인 사항

net_ns_init 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
net_ns_init 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
실험으로 확인한다면 'network namespace를 process namespace와 같은 lifetime으로 단순화함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
실험으로 확인한다면 'pernet exit ordering을 무시함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?

net_ns_init

전체 흐름

소스 코드 위치

먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일

대표 코드

net_ns_init

setup_net

함수별 분석

1. net_ns_init

2. setup_net

구조체와 필드

실행 단계와 상태 변화

불변 조건과 실패 사례

계측과 검증

추가 확인 사항

1. `net_ns_init`

2. `setup_net`