읽는 지도
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.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 같은 무게로 본다. kernel code의 품질은 성공 path보다 error unwind, hotplug, teardown에서 더 잘 드러난다.
왼쪽은 입력 또는 상위 계층이고, 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 문C식으로 읽을 때는 이 그림을 먼저 머리에 놓고 코드 조각을 끼워 넣는다.
원본 코드 좌표
Linux 6.18.37 LTS에서 열 파일
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.h설명: 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.
대표 코드
net_ns_init
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");읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
setup_net
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;
}읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
함수별 독해
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.
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 |
구조체 / 필드 해설
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 박사급 리뷰에서는 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
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 |
상태 전이 그림
상태 전이를 따로 그리는 이유는 정상 path와 실패 path를 같은 표에서 보기 위해서다. 커널 regression은 흔히 마지막 상태가 아니라 중간 상태를 외부에 publish한 뒤 rollback하지 못해서 생긴다.
상태 전이는 단방향처럼 그렸지만, 실패 경로에서는 대부분 역순 rollback이 붙는다.
| 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 |
불변조건 / 실패 케이스
net_ns_init 의 중심 객체가 publish된 뒤에는 마지막 참조가 사라지기 전까지 teardown path가 모든 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
network namespace를 process namespace와 같은 lifetime으로 단순화함
pernet exit ordering을 무시함
init_net 전역 접근을 namespace-safe로 착각함
계측 / 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 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| ip netns | net_ns_init 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| ftrace:setup_net | net_ns_init 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| cat /proc/net/dev | net_ns_init 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 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_pipe연구 질문
- 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?