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/dev.c
Linux 6.18.37 LTS: net/sched/sch_generic.c
Linux 6.18.37 LTS: net/ipv4/ip_output.c설명: 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
__dev_queue_xmit
skb_set_queue_mapping(skb, queue_index);
return netdev_get_tx_queue(dev, queue_index);
}
/**
* __dev_queue_xmit() - transmit a buffer
* @skb: buffer to transmit
* @sb_dev: suboordinate device used for L2 forwarding offload
*
* Queue a buffer for transmission to a network device. The caller must
* have set the device and priority and built the buffer before calling
* this function. The function can be called from an interrupt.
*
* When calling this method, interrupts MUST be enabled. This is because
* the BH enable code must have IRQs enabled so that it will not deadlock.
*
* Regardless of the return value, the skb is consumed, so it is currently
* difficult to retry a send to this method. (You can bump the ref count
* before sending to hold a reference for retry if you are careful.)
*
* Return:
* * 0 - buffer successfully transmitted
* * positive qdisc return code - NET_XMIT_DROP etc.
* * negative errno - other errors
*/
int __dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb, struct net_device *sb_dev)
{
struct net_device *dev = skb->dev;
struct netdev_queue *txq = NULL;
struct Qdisc *q;
int rc = -ENOMEM;
bool again = false;
skb_reset_mac_header(skb);
skb_assert_len(skb);
if (unlikely(skb_shinfo(skb)->tx_flags & SKBTX_SCHED_TSTAMP))
__skb_tstamp_tx(skb, NULL, NULL, skb->sk, SCM_TSTAMP_SCHED);
/* Disable soft irqs for various locks below. Also읽는 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.
dev_hard_start_xmit
trace_net_dev_xmit(skb, rc, dev, len);
return rc;
}
struct sk_buff *dev_hard_start_xmit(struct sk_buff *first, struct net_device *dev,
struct netdev_queue *txq, int *ret)
{
struct sk_buff *skb = first;
int rc = NETDEV_TX_OK;
while (skb) {
struct sk_buff *next = skb->next;
skb_mark_not_on_list(skb);
rc = xmit_one(skb, dev, txq, next != NULL);
if (unlikely(!dev_xmit_complete(rc))) {
skb->next = next;
goto out;
}
skb = next;
if (netif_tx_queue_stopped(txq) && skb) {
rc = NETDEV_TX_BUSY;
break;
}
}
out:
*ret = rc;
return skb;
}
static struct sk_buff *validate_xmit_vlan(struct sk_buff *skb,
netdev_features_t features)
{
if (skb_vlan_tag_present(skb) &&
!vlan_hw_offload_capable(features, skb->vlan_proto))
skb = __vlan_hwaccel_push_inside(skb);
return skb;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
socket send가 qdisc, netdev queue, driver ndo_start_xmit을 지나 NIC transmit ring으로 내려가는 경로다.
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. __dev_queue_xmit
__dev_queue_xmit 주변에서는 sk_buff를 중심으로 본다. 이 필드는 TX metadata and payload 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 socket write 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 skb 생성을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: dev_queue_xmit return을 packet delivery로 오해함
2. dev_hard_start_xmit
dev_hard_start_xmit 주변에서는 qdisc를 중심으로 본다. 이 필드는 queueing policy 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 qdisc enqueue 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 policy queue 진입을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: qdisc backlog와 driver ring full을 구분하지 못함
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| __dev_queue_xmit | sk_buff, caller context, subsystem 전제 조건 | socket write: skb 생성 | dev_queue_xmit return을 packet delivery로 오해함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| dev_hard_start_xmit | qdisc, caller context, subsystem 전제 조건 | qdisc enqueue: policy queue 진입 | qdisc backlog와 driver ring full을 구분하지 못함 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 |
|---|---|---|
| sk_buff | TX metadata and payload | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| qdisc | queueing policy | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| netdev_queue | per-queue stop/wake state | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| BQL | driver queue byte limit | 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 |
|---|---|---|---|
| socket write | skb 생성 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| qdisc enqueue | policy queue 진입 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| dequeue/xmit | driver callback 호출 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| completion | TX resources free | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변조건 / 실패 케이스
TX path 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.
dev_queue_xmit return을 packet delivery로 오해함
qdisc backlog와 driver ring full을 구분하지 못함
TX completion을 RX interrupt와 같은 의미로 봄
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_dev_queue | TX path 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| net_dev_xmit | TX path 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| tc -s qdisc | TX path 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| ethtool -S | TX path 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
- TX path 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- TX path 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'dev_queue_xmit return을 packet delivery로 오해함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'qdisc backlog와 driver ring full을 구분하지 못함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?