hyper容器网络相关源码分析

2023-02-24 08:23:14

一、网络初始化

1、hyperd/daemon/daemon.go

func NewDaemon(cfg *apitypes.HyperConfig) (*Daemon, error)

该函数直接调用daemon.initNetworks(cfg)

2、hyperd/daemon/daemon.go

func (daemon *Daemon) initNetworks(c *apitypes.HyperConfig) error

该函数仅仅只是调用hypervisor.InitNetwork(c.Bridge, c.BridgeIP, c.DisableIptables)，因此关于网络的内容都是在runv中完成的

3、runv/hypervisor/hypervisor.go

func InitNetwork(bIface, bIP string, disableIptables bool) error

若HDriver.BuildinNetwork()为true，则return HDriver.InitNetwork(bIface, bIP, disableIptables) // QEMU为false

否则，return network.InitNetwork(bIface, bIP, disableIptables)

4、runv/hypervisor/network/network_linux.go

func InitNetwork(bIface, bIP string, disable bool) error

（1）、首先设置BridgeIface和BridgeIP，BridgeIface默认为"hyper0"，bIP默认为"192.168.123.0/24"，并将disableIptables设置为disable

（2）、调用addr, err := GetIfaceAddr(BridgeIface)，若err 不为nil，则说明bridge不存在，需要创建一个，否则说明bridge存在，但是仍然需要对配置信息进行匹配检查

（3）、若bridge不存在，则调用configureBridge(BridgeIP, BridgeIface)创建一个，再调用addr, err = GetIfaceAddr(BridgeIface)获取bridge信息，再调用BridgeIPv4Net = addr.(*net.IPNet)

（4）、调用setupIPTables(addr)

（5）、调用setupIPForwarding()

（6）、最后调用IpAllocator.RequestIP(BridgeIPv4Net, BridgeIPv4Net.IP)

// Return the first IPv4 address for the specified network interface

5、runv/hypervisor/network_linux.go

func GetIfaceAddr(name string) (net.Addr, error)

（1）、首先调用iface, err := net.InterfaceByName(name)以及addrs, err := iface.Addrs()获取地址信息

（2）、设置变量var addr4 []net.Addr，再从addrs中解析，最终返回addr4[0]

// create and setup network bridge

6、runv/hypervisor/network_linux.go

func configureBridge(bridgeIP, bridgeIface string) error

（1）、检测bridgeIP并将其赋值给ifaceAddr

（2）、调用CreateBridgeIface(bridgeIface)，并忽略已经"exists"的错误

（3）、调用iface, err := net.InterfaceByName(bridgeIface)获取接口

（4）、调用ipAddr, ipNet, err := net.ParseCIDR(ifaceAddr) (注：For example, ParseCIDR("198.51.100.1/24") returns the IP address 198.51.100.1 and the network 198.51.100.0/24.)

（5）、若ipAddr.Equal(ipNet.IP)则调用ipAddr, err = IpAllocator.RequestIP(ipNet, nil)

否则调用ipAddr, err = IpAllocator.RequestIP(ipNet, ipAddr)

（6）、调用NetworkLinkAddIp(iface, ipAddr, ipNet)

（7）、调用NetworkLinkUp(iface) ---> 都是对进行底层的syscall.Syscall（）的调用

// Create the actual bridge device. This is more backward-compatible than netlink and works on RHEL 6.

7、runv/hypervisor/network_linux.go

func CreateBridgeIface(name string) error

该函数进行最底层的syscall.Syscall(...)来创建网桥

IPAllocator结构如下所示：

type IPAllocator struct {

　　allocatedIPs　　networkSet

　　mutex　　　　　sync.Mutex

}

networkSet的定义如下所示：

type networkSet　　map[string]*allocatedMap

allocatedMap结构如下所示：

type allocatedMap struct {

　　p　　　　  map[string]struct{}

　　last　　　*big.Int

　　begin　　 *big.Int

　　end　　　 *big.Int

}

// 当参数ip为nil时，返回network中下一个可获取的IP地址，如果参数ip不为nil，则会校验给定的ip是否合法

8、runv/hypervisor/network/ipallocator/ipallocator.go

func (a *IPAllocator) RequestIP(network *net.IPNet, ip net.IP) (net.IP, error)

（１）、调用key := network.String()返回该network的字符串表示，并调用allocated, ok := a.allocatedIPs[key]

（２）、若该network不存在，则调用allocated = newAllocatedMap(network)新建一个，并调用a.allocatedIPs[key] = allocated

（３）、若ip == nil，则调用return allocated.getNextIP()，否则调用allocated.checkIP(ip)

// This function is identical to: ip addr add $ip/$ipNet dev $iface

９、runv/hypervisor/network/network_linux.go

func NetworkLinkAddIp(iface *net.Interface, ip net.IP, ipNet *net.IPNet) error

（１）、该函数直接调用return networkLinkIpAction(syscall.RTM_NEWADDR, syscall.NLM_F_CREAT|syscall.NLM_F_EXCL|syscall.NLM_F_ACK, IfAddr{iface, ip, ipNet})

至于networkLinkIpAction(...)函数则仅仅只是利用netlink执行命令而已

8、runv/hypervisor/network_linux.go

func setupIPTables(addr net.Addr) error

（1）、Enable NAT：

`iptables  -t nat -I POSTROUTING -s 192.168.123.0/24 ! -o hyper0 -j MASQUERADE`，将进入host，但是目的地不是本地其他容器的容器流量做snat

（2）、Create HYPER iptables Chain

（3）、Goto HYPER chain

`iptables -t filter -I FORWARD -o hyper0 -j HYPER`将转发到hyper0的流量交由HYPER链处理

（4）、Accept all outgoing packets

｀iptables -t filter -I FORWARD -i hyper0 -j ACCEPT｀从hyper0进入的流量全部接受

（5）、Accept incoming packets for existing connections

`iptables -t filter -I FORWARD -o hyper0  -m conntrack --ctstate RELATED, ESTABLISHED -j ACCETP`

（6）、在nat中，Create HYPER iptables Chain

`iptables -t nat -N HYPER`

（7）、Goto HYPER chain

`iptables -t nat -I OUTPUT -m addrtype --dst-type LOCAL ! -d 127.0.0.1/8 -j HYPER`

`iptables -t nat -I PREROUTING -m addrtype --dst-type LOCAL -j HYPER`

9、runv/hypervisor/network_linux.go

func setupIPForwarding() error

（1）、Get current IPv4 forward setup

（2）、Enable IPv4 forwarding only if it is not already enabled

二、hyperd部分网络配置

// hyperd/daemon/pod/provision.go

1、func CreateXPod(factory *PodFactory, spec *apitypes.UserPod) (*Xpod, error)

...

（1）、调用p.initResources(spec, true)

（2）、调用err = p.prepareResources()

（３）、调用err = p.addResourcesToSandbox()

....

// hyperd/daemon/pod/provision.go

2、func (p *XPod) initResources (spec *apitypes.UserPod, allowCreate bool) error

....

（1）、当len(spec.Interfaces) == 0时，调用spec.Interfaces = append(spec.Interfaces, &apitypes.UserInterface{})

（2）、遍历spec.Interfaces，调用inf := newInterface(p, nspec)和p.interfaces[nspec.Ifname] = inf

其中newInterface()函数仅仅返回一个Interface{}结构，如果spec.Ifname为""时，将其设置为"eth-default"

....

Interface{}的数据结构如下所示：

type Interface struct {

　　p　　　　  *XPod

　　spec　　  *apitypes.UserInterface

　　descript　*runv.InterfaceDescription

}

apitypes.UserInterface 结构如下所示：

type UserInterface struct {

　　Bridge　　　　string

　　Ip　　　　　　string

　　Ifname　　　　string

　　Mac　　　　　string

　　Gateway　　　string

　　Tap　　　　　  string

}

// hyperd/daemon/pod/provision.go　　

3、func (p *XPod) prepareResources() error

....

（1）、遍历p.interfaces，调用inf.prepare()

....

// hyperd/daemon/pod/networks.go

4、func (inf *Interface) prepare() error

（1）、当inf.spec.Ip == ""并且inf.spec.Bridge != ""时报错 --> if configured a bridg, must specify the IP address

（2）、当inf.spec.Ip == ""时，调用setting, err := network.AllocateAddr("")，并且用setting的内容填充&runv.InterfaceDescription{}结构，并赋值给inf.descript

否则，直接将用inf的内容填充&runv.InterfaceDescription{}结构，并赋值给inf.descript

// runv/hypervisor/network/network_linux.go

5、func AllocateAddr(requestedIP string) (*Settings, error)

（1）、调用ip, err := IpAllocator.RequestIP(BridgeIPv4Net, net.parseIP(requestedIP))

（2）、调用maskSize, _ := BridgeIPv4Net.Mask.Size()以及mac, err := GenRandomMac()

（3）、返回return &Settings{...}

// hyperd/daemon/pod/provision.go

// addResourcesToSandbox() add resources to sandbox parallelly, it issues runV API parallelly to send the

// NIC, Vols, and Containers to sandbox

6、func (p *XPod) addResourcesToSandbox() error

...

（1）、调用future := utils.NewFutureSet()

（2）、调用函数future.Add("addInterface", func() error {})，其中在func函数中调用for _, inf := range p.interfaces，并调用err := inf.add()

在遍历完p.interfaces之后，再调用p.sandbox.AddRoute()

...

// hyperd/daemon/pod/networks.go

func (inf *Interface) add() error

（1）、若inf.descript == nil 或者inf.descript.Ip 为""，则报错

（2）、调用inf.p.sandbox.AddNic(inf.descript)

三、runv部分网络配置

（１）、添加网卡

网卡的数据结构如下所示：

type InterfaceDescription struct {

　　Id　　　　　　string

　　Lo　　　　　　bool

　　Bridge　　　 string

　　Ip　　　　 　 string

　　Mac　　　 　　string

　　Gw　　　　　　string

　　TapName　　　string
　　Options　　　string

}

// runv/hypervisor/vm.go

1、func (vm *Vm) AddNic(info *api.InterfaceDescription)

（1）、设置client := make(chan api.Result, 1)，用于同步

（2）、调用vm.ctx.AddInterface(info, client)

（３）、调用ev, ok := <-client等待网卡创建完成

（3）、调用return vm.ctx.updateInterface(info.Id)

// runv/hypervisor/context.go

２、func (ctx *VmContext) AddInterface(inf *api.InterfaceDescription, result chan api.Result)

（１）、当ctx.current != StateRunning时，报错，调用result <- NewNotReadyError(ctx.Id)

（２）、调用ctx.networks.addInterface(inf, result)

// runv/hypervisor/network.go

2、func (nc *NetworkContext) addInterface(inf *api.InterfaceDescription, result chan api.Result)

（1）、当inf.Lo为true时，填充i := &InterfaceCreated{...}，nc.lo[inf.Ip] = i, nc.idMap[inf.Id] = i，并成功返回

（2）、启动一个goroutine，调用idx := nc.applySlot()，获取interface对应的ethernet slot

nc.configureInterface(idx, nc.sandbox.netPciAddr(), fmt.Sprintf("eth%d", idx), inf, devChan)

（3）、启动一个goroutine，等待device inserted情况，并通过result返回网卡插入成功或者失败的信息

// runv/hypervisor/network.go

3、func (nc *NetworkContext) configureInterface(index, pciAddr int, name string, inf *api.InterfaceDescription, result chan<- VmEvent)

（1）、调用settings, err = network.Configure(nc.sandbox.Id, "", false, inf)

（2）、调用created, err := interfaceGot(inf.Id, index, pciAddr, name)

（3）、用created填充h := &HostNicInfo{}和g := &GuestNicInfo{}

（4）、调用nc.eth[index] = created以及nc.idMap[created.Id] = created

（5）、最后调用nc.sandbox.DCtx.AddNic(nc.sandbox, h, g, result)

HostNicInfo结构如下所示：

type HostNicInfo struct {

　　Id　　　　string

　　Fd　　　  uint64

　　Device　　string

　　Mac　　　 string

　　Bridge　　string

　　Gateway　string

}

GuestNicInfo结构如下所示：

type GuestNicInfo struct {

　　Device　　　　string

　　Ipaddr　　　　 string

　　Index　　　　  int

　　Busaddr　　　 int

}

// runv/hypervisor/network/network_linux.go

4、func configure(vmId, requestIP string, addrOnly bool, inf *api.InterfaceDescription) (*Settings, error)

（１）、调用ip, mask, err := ipParser(inf.Ip)获取配置的ip，再调用maskSize, _ := mask.Size()获取mask的长度

（２）、调用mac := inf.Mac，如果mac为""，则调用mac, err := GenRandomMac()创建一个

（３）、如果addrOnly为True，则return &Settings{...}，其中Device为inf.TapName, File为nil，

（４）、否则调用device, tapFile, err := GetTapFd(inf.TapName, inf.Bridge, inf.Options)，GetTapFd创建一个tap设备，将它加到bridge中，并启动

最终return &Settings{...}，其中Device为device, File为tapFile

Settings结构如下所示：

type Settings struct {

　　Mac　　　　　　 string

　　IPAddress　   string

　　IPPrefixLen　 int

　　Gateway　　　　string

　　Bridge　　　 　string

　　Device　　　　 string

　　File　　　　 　*os.File

　　Automatic　　 bool

}

// runv/hypervisor/network.go

5、func interfaceGot(id string, index int, pciAddr int, name string, inf *network.Settings) (*InterfaceCreated, error)

（１）、调用ip, nw, err := net.ParseCIDR(fmt.Sprintf("%s/%d", inf.IPAddress, inf.IPPrefixLen))

（２）、创建rt := []*RouteRule{}，如果该interface为第一个且inf.Automatic为true（默认为false），或者配有gateway且inf.Automatic为false，则创建相应的RouteRule，调用：

rt = append(rt, &RouteRule{Destination: "0.0.0.0/0", Gateway: inf.Gateway, ViaThis: true,})

（３）、最后return &InterfaceCreated{}, nil

InterfaceCreated结构如下所示：

type InterfaceCreated struct {

　　Id　　　　　　　　string

　　Index　　 　　　 int

　　PCIAddr　　　　　int

　　Fd　　　　　  　　*os.File

　　Bridge　　　　　 string

　　HostDevice　    string

　　DeviceName　 　 string

　　MacAddr　　　　　string

　　IpAddr　　　　　 string

　　NetMask　　　　　string

　　RouteTable　　　[]*RouteRule

}

RouteRule结构如下所示：

type RouteRule struct {

　　Destination　　string

　　Gateway　　　string

　　ViaThis　　　　bool

}

// 当虚拟机驱动为QEMU时

// runv/hypervisor/qemu/qemu.go

6、func (qc *QemuContext) AddNic(ctx *hypervisor.VmContext, host *hypervisor.HostNicInfo, guest *hypervisor.GuestNicInfo, result chan <- hypervisor.VmEvent)

该函数直接调用newNetworkAddSession(ctx, qc, host.Id, host.Fd, guest.Device, host.Mac, guest.Index, guest.Busaddr, result)

// runv/hypervisor/qemu/qmp_wrapper_amd64.go

7、func newNetworkAddSession(ctx *hypervisor.VmContext, qc *QemuContext, id string, fd uint64, device, mac string, index, addr int, result chan<- hypervisor.VmEvent)

（１）、先创建"getfd"，"netdev_add"和"device_add"三个QmpCommand命令

（２）、再将这三个命令组建成一个QmpSession，发送给QEMU

// runv/hypervisor/vm_states.go

8、func (ctx *VmContext) updateInterface(id string) error

（１）、首先调用inf := ctx.networks.getInterface(id)获取创建的interface

（２）、若inf不为nil，则调用ctx.hyperstart.UpdateInterface(inf.DeviceName, inf.IpAddr, inf.NetMask)

// runv/hyperstart/libhyperstart/json.go

9、func (h *jsonBasedHyperstart) UpdateInterface(dev, ip, mask string) error

该函数直接调用return h.hyperstartCommand(hyperstartapi.INIT_SETUPINTERFACE, hyperstartapi.NetworkInf{Device: dev, IpAddress: ip, NetMask: mask})

hyperstartCommand()进一步调用hyperstartCommandWithRetMsg()，最后创建hyperstartCmd{}将请求发给QEMU完成命令

（２）、添加路由

// runv/hypervisor/vm.go

1、func (vm *Vm) AddRoute()

（１）、调用routes := vm.ctx.networks.getRoutes()获取路由信息

（２）、再调用return vm.ctx.hyperstart.AddRoute(routes)添加路由

２、func (h *jsonBasedHyperstart) AddRoute(r []hyperstartapi.Route) error

该函数仅仅调用return h.hyperstartCommand(hyperstartapi.INIT_SETUPROUTE, hyperstartapi.Routes{Routes: r})，具体操作和更新网卡信息时相同

四、hyperstart的网络配置

// hyperstart/src/init.c

１、static int hyper_setup_pod(struct hyper_pod *pod)

...

（１）、调用hyper_setup_network(pod)

...

// hyperstart/src/net.c

２、int hyper_setup_network(struct hyper_pod *pod)

（１）、首先调用hyper_rescan()

（２）、创建变量struct rtnl_handle rth，并调用netlink_open(&rth)

（３）、创建for循环遍历pod->iface[]，调用ret = hyper_setup_interface(&rth, iface, pod)配置网卡

（４）、调用ret = hyper_up_nic(&rth, 1)启动lo

（５）、创建for循环遍历pod->rt[]，调用ret = hyper_setup_route(&rth, rt, pod)创建路由

注意：网卡和路由既可以在创建pod时设置，也可以单独设置，通过直接给hyperstart发送cmd

最终在hyperstart中通过hyper_cmd_setup_interface和hyper_cmd_setup_route完成（两者再直接调用hyper_setup_interface和hyper_setup_route）

hyper_interface结构如下所示：

struct hyper_interface {

　　char　　　　*device;

　　struct list_head　　ipaddresses;

　　char　　　　*new_device_name;

　　unsigned int 　mtu;

}

hyper_route结构如下所示：

struct hyper_route {

　　char　　　　*dst;

　　char　　　　*gw;

　　char　　　　*device;

}

// hyperstart/src/net.c

3、static int hyper_setup_interface(struct rtnl_handler *rth, struct hyper_interface *iface, struct hyper_pod *pod)

（１）、构建netlink request，调用ifindex = hyper_get_ifindex(iface->device, pod)获取网卡的index　　---> hyper_get_index通过读取/sys/class/net/$NIC/ifindex来读取索引号

（２）、遍历iface->device，设置网卡的IP地址

（３）、如果iface->new_device_name不为空且和iface->device不同，则调用hyper_set_interface_name()设置网卡名字

（４）、如果iface->mtu大于0，则调用hyper_set_interface_mtu设置网卡的MTU

（５）、调用hyper_up_nic(rth, ifindex)启动网卡

// hyperstart/src/net.c

4、static int hyper_setup_route(struct rtnl_handle *rth, struct hyper_route *rt, struct hyper_pod *pod)

（１）、构建netlink request

（２）、如果rt->gw不为NULL，则先调用get_addr_ipv4(...)获取网关，再通过addattr_l(...)设置网关

（３）、如果rt->device不为NULL，则先调用hyper_get_ifindex(...)获取网卡的index，再通过addattr_l(...)设置出口网络设备

（４）、如果rt->dst不为"default"，"any"或者"all"，则说明不是默认子网，首先调用char *slash = strchr(rt->dst. '/')

之后再调用get_addr_ipv4(...)，获取相应dst的IP地址，并调用addattr_l(...)添加。接着，若slash不为NULL，则调用get_netmask(...)获取子网掩码

最后调用rtnl_talk(...)设置路由

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