Ubuntu22.04上实现GDB+Qemu调试Linux内核网络协议栈的环境配置教程

       在Linux内核网络协议栈学习中，仅通过源码分析难以追踪具体函数调用栈。核协核协GDB与Qemu的议栈源码议栈源码结合能有效辅助源码分析。

       现有教程使用的解析是老版本内核（4..）在Centos上编译，然后在Ubuntu上运行，内x内且内核缺少默认网卡。核协核协网站即将上线源码因此，议栈源码议栈源码本文尝试使用Ubuntu.和Linux内核5..版本，解析以解决上述问题并提供研究网络协议栈的内x内完整环境。

       首先，核协核协Linux内核编译与文件系统制作需在root权限下进行。议栈源码议栈源码

       2.1 Linux内核编译

       依赖安装，解析下载包并配置脚本。内x内编译内核并生成所需文件。核协核协

       2.2 启动内存文件系统制作

       安装、议栈源码议栈源码编译、生成内存文件系统，配置inittab与rcS。

       3 Qemu启动内核

       在Qemu中加载编译好的vmlinux、bzImage、rootfs.img文件，启动系统。

       4 支持GDB调试

       启动后程序无任何启动信息，需挂接GDB并执行run命令以正常启动。使用指定参数配置GDB与Qemu。

       5 网络配置

       网络配置依赖个人能力，搭建环境后，可使用GDB跟踪网络栈。

       6 参考资料

       相关文章、教程及更新信息提供内核调试、网络栈研究所需资源。

       更新信息

       新增工具与方法，如pwru、ksnoop、bpftrace、nettrace等，用于更高效地分析网络流程与内核问题。

       更新建议

       推荐使用syzkaller的Qemu启动内核教程，构建包含网络可用的rootfs，并通过fsdev参数共享文件，便于使用。

       总结

       本文提供了一种基于Ubuntu.的精简博客源码完整环境配置教程，以实现GDB+Qemu调试Linux内核网络协议栈。通过更新的内核版本与网络支持，简化了学习与研究过程，为深入理解内核网络机制提供了便利。

linux Netfilter在网络层的实现详细分析（iptables）

       Linux netfilter在网络层的实现细节分析主要基于Linux内核版本4..0-。

       我绘制了一张Linux内核协议栈网络层netfilter（iptables）的全景图，其中包含了许多内容，以下将详细讲解。

       INGRESS入口钩子是在Linux内核4.2中引入的。与其他netfilter钩子不同，入口钩子附加到特定的网络接口。可以使用带有ingress钩子的nftables来实施非常早期的过滤策略，甚至在prerouting之前生效。请注意，在这个非常早期的阶段，碎片化的数据报尚未重新组装，例如匹配ip saddr和daddr适用于所有ip数据包，但匹配传输层的头部（如udp dport）仅适用于未分段的数据包或第一个片段，因此入口钩子提供了一种替代tc入口过滤的方法，但仍需tc进行流量整形。

       Netfilter/iptables由table、chain和规则组成。

       iptables的链（chain）

       netfilter在网络层安装了5个钩子，对应5个链，还可以通过编写内核模块来扩展这些链的功能。

       ⑴五个链（chain）及对应钩子

       以下是网络层五条链的位置图：

       ①网络数据包的三种流转路径

       ②源码中网络层的5个hook的定义

       include\uapi\linux etfilter_ipv4.h

       在include\uapi\linux etfilter.h中有对应的hook点定义：

       注：在4.2及以上版本内核中又增加了一个hook点NF_NETDEV_INGRESS：

       为NFPROTO_INET系列添加了NF_INET_INGRESS伪钩子。这是将这个新钩子映射到现有的NFPROTO_NETDEV和NF_NETDEV_INGRESS钩子。该钩子不保证数据包仅是inet，用户必须明确过滤掉非ip流量。这种基础结构使得在nf_tables中支持这个新钩子变得更容易。

       iptables的表

       ⑴五张表（table）

       以下是五张表分布在对应链上的图：

       相关视频推荐

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       ⑵源码中IP层的表的定义

       netfilter中的表的定义

       include\linux etfilter\x_tables.h

       网络层各hook点的优先级

       数值越低优先级越高：

       include\uapi\linux etfilter_ipv4.h

       下面我们看下netfilter/iptables的这几张表在内核源码中的定义。

       ①raw表

       源码里RAW_VALID_HOOKS宏可以看出raw表只有NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_LOCAL_OUT链有效。

       ②mangle表

       源码中valid_hooks参数可以看出mangle表对NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_LOCAL_IN、NF_INET_FORWARD、NF_INET_LOCAL_OUT、NF_INET_POST_ROUTING五条链都有效。

       ③nat表

       valid_hooks变量可以看出nat表只有NF_INET_PRE_ROUTING、NF_INET_POST_ROUTING、NF_INET_LOCAL_OUT、NF_INET_LOCAL_IN四条链有效。

       ④filter表

       源码中valid_hooks参数可以看出filter表对NF_INET_LOCAL_IN、NF_INET_FORWARD、NF_INET_LOCAL_OUT三条链有效。

       网络层的五张表在内核中对应了五个内核模块：

       3、Netfilter在网络层安装的5个hook点

       下面我们看下网络层的各个hook点安装的位置：

       ⑴、NF_INET_PRE_ROUTING

       它是所有传入数据包到达的第一个hook点，它是在路由子系统中执行查找之前。这个钩子在IPv4的ip_rcv()方法中，在IPv6的ipv6_rcv()方法中。

       ①net\ipv4\ip_input.c

       ②net\ipv4\xfrm4_input.c

       ⑵、NF_INET_LOCAL_IN

       这个钩子在IPv4的ip_local_deliver()方法中，在IPv6的ip6_input()方法中。所有路由到本地主机的数据包都会到达此hook点，它是在首先通过NF_INET_PRE_ROUTING hook点并在路由子系统中执行查找之后进到这里。

       net\ipv4\ip_input.c

       ⑶、NF_INET_FORWARD

       ①net\ipv4\ip_forward.c

       ②net\ipv4\ipmr.c

       ⑷、NF_INET_LOCAL_OUT

       ①net\ipv4\ip_output.c

       ②net\ipv4\raw.c

       ⑸、NF_INET_POST_ROUTING

       net\ipv4\ip_output.c

       以上我们看到xfrm中也有安装相关hook点，这里引用官方资料介绍下什么是xfrm：

       xfrm是IP层的一个框架，用于封装实现IPSec协议。

       简单来说，测试访问速度 源码xfrm就是IP层的一个框架，用于封装实现IPSec协议。

       到此，我们基于源码分析介绍完了Netfilter在网络层的实现。

深度解析Linux内核协议栈探索网络通信的奥秘linux内核协议栈

       近年来，随着互联网的普及和信息技术的不断发展，网络通信的重要性日益凸显。而在网络通信中，协议栈是至关重要的环节。Linux内核协议栈作为Linux操作系统的核心组成部分之一，是实现网络通信的关键组件。本文将详细介绍Linux内核协议栈的结构和工作原理，探索网络通信的奥秘。

       一、Linux内核协议栈的结构

       Linux内核协议栈主要由五个层次组成，分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

       （1）应用层

       应用层是网络通信的最上层。在Linux内核中，应用层由一系列协议组成，例如HTTP协议、FTP协议、SMTP协议等。这些协议负责处理应用程序与网络的交互过程，将应用程序发送的数据转化为可传输的网络数据包。

       （2）传输层

       传输层是应用层下的一个子层。在Linux内核中，传输层主要由TCP协议和UDP协议组成。它们负责将应用程序转化的数据传输到网络层。

       （3）网络层

       网络层是传输层下的一个子层。在Linux内核中，网络层由IP协议、ICMP协议和IGMP协议组成。网络层负责将传输层传输的数据包进行路由和寻址，保证数据包传输到达目的地址。

       （4）数据链路层

       数据链路层是网络层下的一个子层。在Linux内核中，数据链路层由以太网协议、ARP协议和RARP协议组成。内核源码怎么打数据链路层负责将网络层传输的数据包进行分段和组装，以及实现局域网内计算机之间的通信。

       （5）物理层

       物理层是整个协议栈中最底层的一层。物理层负责将数字信号转化为模拟信号，通过物理媒介（例如光缆或者电缆）进行传输。

       二、Linux内核协议栈的工作原理

       Linux内核协议栈中各个层次之间的数据传输是通过TCP/IP协议进行的。当应用程序需要发送数据时，会将数据打包成数据包，然后通过传输层的TCP或UDP协议进行传输。传输层将数据包进行封装并加入TCP或UDP头部信息后，将数据包传输到网络层。在网络层，数据包的IP地址和端口号信息被加入IP头部，同时添加了用于检验数据完整性的校验和。然后，数据包被传输到数据链路层进行分段和组装，最终通过物理层传输到接收方计算机。

       需要注意的是，Linux内核协议栈中的每个层次都需要进行协议处理和数据加工，这个过程需要消耗大量的系统资源。因此，在进行网络通信时，需要科学地配置协议栈，保证数据的快速传输。

       三、深入学习Linux内核协议栈的方法

       如果想要深入学习Linux内核协议栈，你需要掌握以下知识点：

       （1）Linux内核协议栈的结构和工作原理；

       （2）TCP/IP协议的基本原理和应用场景；

       （3）Linux操作系统的基本知识和网络编程技能。

       此外，还可以通过阅读相关的书籍和博客，以及参与开源社区中的Linux内核开发实践来深入学习。

       参考文献：

       1. Linux内核源代码解析.卷2:进程，内存和文件系统；

       2. TCP/IP详解。

       文章讲了怎样深入学习Linux内核协议栈，以及Linux内核协议栈的结构和工作原理，探索网络通信的奥秘。

linux源码解读（三十二）：dpdk原理概述（一）

       Linux源码解析（三十二）：深入理解DPDK原理（一）

       几十年来，随着技术的发展，传统操作系统和网络架构在处理某些业务需求时已显得力不从心。为降低修改底层操作系统的高昂成本，人们开始在应用层寻求解决方案，如协程和QUIC等。然而，一个主要问题在于基于内核的网络数据IO，其繁琐的处理流程引发了效率低下和性能损耗。

       传统网络开发中，数据收发依赖于内核的receive和send函数，经过一系列步骤：网卡接收数据、硬件中断通知、数据复制到内存、内核线程处理、协议栈层层剥开，最终传递给应用层。这种长链式处理方式带来了一系列问题，如上下文切换和协议栈开销。

       为打破这种限制，Linux引入了UIO（用户空间接口设备）机制，允许用户空间直接控制网卡，跳过内核协议栈，从而大大简化了数据处理流程。UIO设备提供文件接口，通过mmap映射内存，允许用户直接操作设备数据，实现绕过内核控制网络I/O的设想。

       DPDK（Data Plane Development Kit）正是利用了UIO的优点，如Huge Page大页技术减少TLB miss，内存池优化内存管理，Ring无锁环设计提高并发性能，以及PMD poll-mode驱动避免中断带来的开销。它采用轮询而非中断处理模式，实现零拷贝、低系统调用、减少上下文切换等优势。

       DPDK还注重内存分配和CPU亲和性，通过NUMA内存优化减少跨节点访问，提高性能，并利用CPU亲和性避免缓存失效，提升执行效率。学习DPDK，可以深入理解高性能网络编程和虚拟化领域的技术，更多资源可通过相关学习群获取。

       深入了解DPDK原理，可以从一系列资源开始，如腾讯云博客、CSDN博客、B站视频和LWN文章，以及Chowdera的DPDK示例和腾讯云的DPDK内存池讲解。

       源：cnblogs.com/thesevenths...

Linux 网络调优：内核网络栈参数篇

       Linux 网络优化：内核网络参数详解

       在 Linux 网络优化中，了解并合理调整内核参数是关键。本文将从网络架构入手，详细解读一些常用的内核网络参数及其作用、注意事项。

       Linux 网络架构

       Linux 网络优化是高性能服务器中的重要部分，本文主要聚焦于协议栈的配置。关键参数涉及网络帧处理、缓存管理、队列控制等。

       关键参数详解

       1. **/proc/net/softnet_stat**：该文件记录内核网络状态，包括已处理帧数、丢包数、NAPI 中的预算或时间限制退出次数等。注意，描述中省略了 NAPI 的配置项和 CPU 分配问题。

       2. **backlog 队列和缓存**：

        - **net.ipv4.tcp_rmem** 和 **net.ipv4.tcp_wmem**：定义了收发缓冲区大小，参数分为最低、默认、最大值。建议根据可用内存动态调整，避免过大影响拥塞控制。

        - **net.core.rmem** 和 **net.core.wmem**：为全局收发缓冲区参数，确保缓冲区大小适中，避免 bufferbloat 问题。

        - **net.core.netdev_max_backlog**：网络设备接收缓冲队列长度，与中断频率共同影响收包速度和吞吐量。

        - **net.ipv4.tcp_max_syn_backlog** 和 **net.ipv4.tcp_syncookies**：控制 SYN 请求队列长度和 SYN 包处理，对于高并发服务至关重要。

       3. **TIME_WAIT 相关**：

        - **TIME_WAIT**：原为避免连接混淆，持续时间固定为秒，对于高 QPS 网络中可能影响连接建立。服务端使用 RST 关闭连接有助于缓解此问题。

        - **net.ipv4.tcp_max_tw_buckets**：定义系统能同时保持的 TIME_WAIT socket 数量上限。

        - **net.ipv4.tcp_tw_reuse** 和 **net.ipv4.tcp_tw_recycle**：与 TCP 时间戳相关，影响 TIME_WAIT socket 复用。4. 内核后，此配置项被废弃。

       4. **流控和拥塞控制**：

        - **net.ipv4.tcp_congestion_control**：用于调整拥塞控制算法，bbr 算法适合长胖管道，但不适用于所有网络环境。

        - **net.core.default_qdisc**：队列控制，选择适合终端用户或转发设备的 qdisc，如 fq、codel 等。

        - **net.ipv4.tcp_window_scaling**：启用窗口扩展，允许在长延迟网络中实现更大窗口大小。

       5. **TCP keepalive**：

        - **net.ipv4.tcp_keepalive_time**、**net.ipv4.tcp_keepalive_intvl** 和 **net.ipv4.tcp_keepalive_probes**：配置 keepalive 功能，避免长时间空闲的连接干扰网络。

       总结与建议

       合理配置上述内核网络参数，结合具体应用场景和硬件配置，能显著优化网络性能。确保参数调整时充分考虑系统的负载平衡和资源使用效率，避免引入不必要的延迟和瓶颈。

Linux内核网络栈源代码情景分析内容简介

       《Linux内核网络栈源代码情景分析》这本书对Linux1.2.内核协议栈的全部源代码进行了深入剖析。此版本的源代码集中在一个文件夹中，每种协议对应一个独立文件，便于读者快速理解Linux网络协议的整体结构。

       本书内容分为五个部分，涵盖网络栈架构分析、协议头文件解读、BSDsocket层功能实现解析、INETsocket层细节实现解析、网络层功能解析、链路层实现分析、网络设备驱动程序详解以及系统网络栈初始化流程。每个部分深入浅出地讲解了Linux网络栈的各个层面，为读者提供了一个全面而系统的知识框架。

       对于Linux网络开发人员和内核爱好者而言，《Linux内核网络栈源代码情景分析》是一本极具价值的参考书籍。它不仅帮助读者深入了解Linux内核的网络功能实现细节，还能为实际开发工作提供宝贵的指导和灵感，是构建高性能网络应用的重要知识宝库。

       在学习过程中，读者不仅可以掌握Linux网络协议的结构和工作原理，还能通过实际代码分析，理解Linux内核如何实现复杂的网络通信功能。这本书的深入解析有助于开发者构建更高效、更可靠的网络系统，是Linux网络开发领域的必备工具书。

       《Linux内核网络栈源代码情景分析》通过详尽的代码解读和深入的架构分析，为读者提供了一条理解Linux网络栈的快速通道。无论是对于深入研究Linux内核网络机制的学术研究者，还是寻求提高实际开发技能的工程师，这本书都是一个不可或缺的资源。

计算机网络基础 — Linux 内核网络协议栈

       本文详解 Linux 内核的网络协议栈工作原理，适用于学习参考。基于版本 1.2. 和 2.6.，理解数据报文的封装与分用至关重要。

       数据包在传输过程中，首先由应用程序通过 TCP 协议发送，经过内核网络协议栈逐层处理，形成 TCP 报文段，再变为 IP 数据报，最终以帧形式通过以太网传输。接收端则通过从底向上解析帧，逐层去掉协议首部，进行分用，确定接收数据的上层协议。

       内核初始化流程从arch/mips/kernel/head.S开始，经过一系列初始化函数，如内存、中断、设备等，最终调用 socket_init() 初始化协议栈，包括设备无关层的dev_init()，确保硬件层与网络协议层的衔接。

       在收包流程中，硬件层接收到数据后，中断服务子程序将数据复制到内核空间，通过netif_rx()传递给协议层处理。例如，TCP 数据包通过tcp_rcv()解析并匹配到正确的sock结构体，将数据包存储到用户空间。

       发包流程涉及套接字创建和数据包发送，用户空间通过系统调用接口与协议无关层交互，最终数据包通过协议栈传递到硬件层发送出去。

一篇文章搞懂Linux内核网络协议栈-bind 函数

       bind 函数是服务器端用于将本地协议地址赋予套接字的关键步骤。通过调用 bind 函数，可以将socket套接字绑定至指定的地址。

       在 BSD Socket 层中，sock_bind 函数负责通过一个共同的入口函数 sys_socket 进行地址绑定。其核心功能是将用户缓冲区的地址结构复制至内核缓冲区，并进一步调用下一层的bind函数。

       INET Socket 层的 inet_bind 函数则实现了本地地址和端口号的绑定。此函数不仅完成了地址绑定，还对上层传入的地址结构进行了校验，以确保地址可用性。为了高效管理端口号，inet_bind 函数使用了一个链式哈希表（即 sock_array 数组），将各个端口号的 sock 结构存储其中。该数组大小受限，因此采用链式哈希表结构进行存储。

       bind 函数各层的分工明确，主要功能集中于 inet_bind 函数。此函数明确指出，bind 的主要任务是绑定本地地址，而不涉及对方地址。通常，服务器端会调用 bind 函数，从而完成本地地址信息的绑定（包括 IP 地址和端口号），但对端（客户端）的地址信息则由系统自动指定。

       总结，bind 函数是网络编程中不可或缺的一部分，尤其对于服务器端而言，它负责将套接字与本地地址进行绑定，是实现正确通信的基础。