本文的开篇，咱们先从 sysctl 这个指令开端。

sysctl 运用

sysctl 是一个 Linux 体系东西，后台实践上是 syscall，它答应用户检查和动态修正内核参数。

# 检查当时设置的一切内核参数
sysctl -a
# 检查特定参数的值
sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding
# 暂时修正内核参数
sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding=1
# 从头加载装备文件，默许是 /etc/sysctl.conf
sysctl -p

修正 sysctl 的三种方法：

1）sysctl 指令直接修正（重启后失效）

2）echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward （重启后失效）

3）vim /etc/sysctl.conf，手动参加，sysctl -p 从头加载（永久收效）

到这儿，实践上能够给出一个定论：这几种方法，在原理上，都直接或直接更改了 Linux 中 /proc 文件体系下面的 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 文件。

那么，/proc 文件体系下的文件是怎么影响到内核参数的？咱们以 ip_forward 参数为例，来追寻一下。

ip_forward 参数

这个参数是内核 ip 报文转发开关。

这个参数有 2 个开关（ipv4 为例，ipv6 同理）：

1 - /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
2 - /proc/sys/net/ipv4/conf/=={all/default/enp8s0}==/forwarding

有几条规矩：

1）/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 等价于 /proc/sys/net/ipv4/conf/all/forwarding。

能够验证，设置 sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding=1 后，检查这两个值：

2）实践真实操控网卡启用 ip 转发的，是网卡对应的 forwarding 参数：/proc/sys/net/ipv4/conf/enp8s0/forwarding。

3）关于新创立的网卡设备，会启用 default/forwarding 参数来装备：/proc/sys/net/ipv4/conf/default/forwarding。

4）conf/all/forwarding

能够装备当时一切设备，例如将 all 参数装备从 0 修正为 1，则包含 default 在内的一切 forwarding 装备都将被改成 1。要注意的是 all 装备只要在值被修正时才有用，重复写入 all 当时值不会对其他 forwarding 装备产生任何影响。

5）all/forwarding

装备只对当时 net namespace 收效，每个 netns 有自己的独立装备。

ipforward 参数怎么影响 ip 转发？

要害内核函数在 ip_route_input_slow()。<以下内核版别为 4.18>

这个函数中，会依据当时网络设备 in_dev 的 forwarding 参数，来决定是持续转发，仍是跳转到 ip_error。

内核经过一个宏界说 IN_DEV_FORWARD(in_dev) 来判别设备 in_dev 是否敞开了转发特点。

这个宏界说在 include/linux/inetdevice.h 文件中，指向了一个 IN_DEV_CONF_GET() 宏。后者持续指向了一个 ipv4_devconf_get() 函数。

在同文件中，ipv4_devconf_get() 函数给出了以下界说：

实践上是获取了这个网络设备 in_dev 的 cnf 结构体成员的 data 数组。传入的 index 实践上是字符串 IPV4_DEVCONF_ 和 FORWARDING 的拼接。

咱们来看一下这个 data 数组的结构：

在 include/uapi/linux/ip.h 中，界说了 ipv4_devconf 结构体的 data 变量 index：

终究，总结来看，内核是经过 IN_DEV_CONF_GET 宏来获取网卡设备的 forward 参数的。

pforward 参数怎么被设置的

首要，咱们都知道，/proc/sys 目录实践上是一个虚拟文件体系，里边保存了实时收效的内核参数。这个机制答应咱们实时检查和修正内核的参数，然后影响体系的运转行为。

和 ipv4 网络相关的参数坐落 /proc/sys/net/ipv4 目录下， 如下（5.10 内核）：

怎么修正？上文现已说了，能够经过直接 echo，或许 sysctl 体系调用，亦或修正 /etc/sysctl.conf 装备文件，即可在不同的级别使他们收效。

/proc/sys/net/ipv4 目录下保存着许多大局变量，例如大局的 ip_forward。和详细网卡设备相关的变量保存在了其子目录 conf/ 下。

内核中的 ctl_table

其间，每一个目录代表当时体系的一个网络设备。当一个新的网络设备被注册或开除时，该目录下也会随之调整。

在内核中，/proc/sys/ 中的文件和目录都是以 ctl_table 结构界说的。下面是 devinet.c 文件中关于 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 这个变量的界说。

其间要害字段的意义为：

const char*   procname;    // 参数文件名
void*         data;        // 参数文件值
int           maxlen;      // 参数巨细
mode_t        mode;        // 文件或目录权限
proc_handler* proc_handler // 处理读写恳求的回调函数

详细解释为：当时文件名为“ip_forward”；参数值绑定为ipv4_devconf的data[0]的方位；644 代表root可读写，其他只读；终究，为这个参数文件绑定了一个读写回调函数 devinet_sysctl_forward。

目录界说的 ctl_table 和文件的不太相同，多了个 child 字段：

{
	.procname	= "dev",
	.mode		= 0555,
	.child		= dev_table,
}

/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 怎么被创立的？

上一节咱们了解了，例如 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 文件，在内核中实践上是一个 ctl_table 结构。

ctl_table 的创立，在 fs/proc/proc_sysctl.c 文件的 __register_sysctl_table() 中完结。其函数注释如下：

/**
 * __register_sysctl_table - register a leaf sysctl table
 * @set: Sysctl tree to register on
 * @path: The path to the directory the sysctl table is in.
 * @table: the top-level table structure
 *
 * Register a sysctl table hierarchy. @table should be a filled in ctl_table
 * array. A completely 0 filled entry terminates the table.
 */
 
struct ctl_table_header *__register_sysctl_table(
    struct ctl_table_set *set,
    const char *path, 
    struct ctl_table *table
) {...}

该函数的操作进程大体能够概述为：

• 寻觅 ctl_table 适宜的目录，
• 然后将其刺进。

关于这个函数，本文不再赘述了，能够去相关文件中详细了解。下面咱们来看 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 的创立进程。

网络设备初始化函数 devinet_init 履行时，将调用 register_pernet_subsys 函数，传入 devinet_ops 结构，并履行其 init 函数。devinet_ops 结构体绑定了 init 和 exit 两个函数，其 init 函数为 devinet_init_net。当他终究被调用履行时，会顺次引发 __devnet_sysctl_register() 和 register_net_sysctl() 别离创立 all/、default/ 以及 net/ipv4/ 三个目录。如下图。

实践上，__devnet_sysctl_register() 终究调用的也是 register_net_sysctl() 函数，完结 sysctl 目录的注册。

register_net_sysctl() 函数在 sysctl_net.c 文件中终究调用 __register_sysctl_table() 接口真实去注册一个 sysctl table 子项。

/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 怎么被读写？

咱们再回到 ctl_table 的结构界说：

其间一个非常重要的函数 devinet_sysctl_forward() 便是 ctl_table 结构的读写回调函数。也便是说，当 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 文件被读或写时，会触发这个函数的调用。

咱们来详细看一下这个函数的完成：

devinet_sysctl_forward() 接纳几个参数，重要的，write表明当时操作：1 代表写，0 代表读；后边几个代表用户空间缓冲区，用于传递数据（buffer：缓冲区地址，lenp：缓冲区巨细，ppos：文件偏移量）。

/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 内核变量类型为一个整数，因而其默许的读写函数为 proc_dointvec()。相似的，字符串内核变量读写函数为 proc_dostring()，整数数组读写函数为 proc_dointvec_jiffies() 等等。这些函数的详细界说在 kernel/sysctl.c 中，如下：

在写入 ip_forward 变量时，不仅仅要调用 proc_dointvec() 来写入详细 proc 文件，还需要写入一切网卡设备 cnf 的 data 数组，咱们在上文中给出了这部分的接口和介绍。

详细流程详见上面的伪代码，当写入 ip_forward 变量时，终究会遍历一切网卡设备，并调用 IN_DEV_CONF_SET() 宏履行写入操作。

总结：网卡设备装备参数

网卡设备的结构体 in_device 中有一个装备特点 ipv4_devconf，后者的结构中界说了一个 data[] 数组，里边存储了当时网卡的装备参数实践值。

内核中读写这个 data[] 数组，一般会用到 IN_DEV_CONF_GET() 和 IN_DEV_CONF_SET()。

怎么在 proc/sys/net/ 中自界说一个参数文件？

咱们来实战一下，从现在起，下文根据 kos5.8，kernel-5.10.134。

标题，经过编写一个内核模块，完成以下功用：

1）该模块加载时，在 /proc/sys/net/ 目录下创立一个文件 flag，卸载时该文件也随之移除。
2）flag 作为一个内核参数，其参数类型为 int，一切用户可对其读写。
3）当 flag 参数被写入时，向 messages 中打印一条日志。

代码样例：

#include <linux/module.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/init.h> 
#include <linux/sysctl.h> 
#include <linux/proc_fs.h> 

static int flag = 0; // 用于存储 flag 的值 

// 自界说的 proc_handler 函数 
static int flag_handler(struct ctl_table *table, int write, void __user *buffer, size_t *lenp, loff_t *ppos) { 
	int ret; 
	loff_t pos = *ppos; 
	
	// 运用 proc_dointvec 处理实践的读取/写入操作 
	ret = proc_dointvec(table, write, buffer, lenp, ppos); 
	
	// 当履行写操作时 
	if (write) { 
		// 打印日志，指示写操作产生 
		printk(KERN_INFO "Writing to /proc/sys/net/flag, new value: %s\n", (char *)buffer); 
	} 
	
	return ret; 
} 

// 界说 sysctl 的操控表 
static struct ctl_table sysctl_table[] = { 
	{ 
		.procname = "flag",           // 创立的 sysctl 途径 
		.data = &flag,                // 要处理的内核变量 
		.maxlen = sizeof(flag),       // 数据的最大长度 
		.mode = 0666,                 // 权限设置 
		.proc_handler = flag_handler, // 运用自界说的 proc_handler 
	}, 
	{ } // 结束符 
};

// 界说 sysctl 目录 
static struct ctl_table_header *header; 

static int __init proc_flag_init(void) { 
	printk(KERN_INFO "Initializing proc_flag_sysctl module...\n"); 
	
	// 运用 register_sysctl 创立 proc 文件 
	header = register_sysctl("net", sysctl_table); 
	
	// 在 /proc/sys/net/ 目录下创立 flag 文件 
	if (!header) { 
		printk(KERN_ERR "Unable to register sysctl table\n"); 
		return -ENOMEM; 
	} 
	
	printk(KERN_INFO "Proc file /proc/sys/net/flag created successfully\n"); 
	return 0; 
} 

static void __exit proc_flag_exit(void) { 
	// 卸载 sysctl 表 
	unregister_sysctl_table(header); 
	printk(KERN_INFO "Sysctl table for /proc/sys/net/flag removed\n"); 
} 

module_init(proc_flag_init); 
module_exit(proc_flag_exit); 

MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("Hong"); 
MODULE_DESCRIPTION("A simple kernel module for flag using custom handler and sysctl");