本文的開篇，我們先從 sysctl 這個命令開始。
sysctl 使用
sysctl 是一個 Linux 系統工具，後臺實際上是 syscall，它允許使用者檢視和動態修改核心引數。
# 檢視當前設定的所有核心引數
sysctl -a
# 檢視特定引數的值
sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding
# 臨時修改核心引數
sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding=1
# 重新載入配置檔案，預設是 /etc/sysctl.conf
sysctl -p
修改 sysctl 的三種方式：
1）sysctl 命令直接修改（重啟後失效）
2）echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward （重啟後失效）
3）vim /etc/sysctl.conf，手動加入，sysctl -p 重新載入（永久生效）
到這裡，實際上可以給出一個結論：這幾種方式，在原理上，都直接或間接更改了 Linux 中 /proc 檔案系統下面的 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 檔案。
那麼，/proc 檔案系統下的檔案是如何影響到核心引數的？我們以 ip_forward 引數為例，來追蹤一下。
ip_forward 引數
這個引數是核心 ip 報文轉發開關。
這個引數有 2 個開關（ipv4 為例，ipv6 同理）：
1 - /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
2 - /proc/sys/net/ipv4/conf/=={all/default/enp8s0}==/forwarding
有幾條規則：
1）/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 等價於 /proc/sys/net/ipv4/conf/all/forwarding。
可以驗證，設定 sysctl net.ipv4.conf.all.forwarding=1 後，檢視這兩個值：
2）實際真正控制網路卡啟用 ip 轉發的，是網路卡對應的 forwarding 引數：/proc/sys/net/ipv4/conf/enp8s0/forwarding。
3）對於新建立的網路卡裝置，會啟用 default/forwarding 引數來配置：/proc/sys/net/ipv4/conf/default/forwarding。
4）conf/all/forwarding
可以配置當前所有裝置，例如將 all 引數配置從 0 修改為 1，則包括 default 在內的所有 forwarding 配置都將被改成 1。要注意的是 all 配置只有在值被修改時才有效，重複寫入 all 當前值不會對其他 forwarding 配置產生任何影響。
5）all/forwarding
配置只對當前 net namespace 生效，每個 netns 有自己的獨立配置。
ipforward 引數如何影響 ip 轉發？
關鍵核心函式在 ip_route_input_slow()。<以下核心版本為 4.18>
這個函式中，會根據當前網路裝置 in_dev 的 forwarding 引數，來決定是繼續轉發，還是跳轉到 ip_error。
核心透過一個宏定義 IN_DEV_FORWARD(in_dev) 來判斷裝置 in_dev 是否開啟了轉發屬性。
這個宏定義在 include/linux/inetdevice.h 檔案中，指向了一個 IN_DEV_CONF_GET() 宏。後者繼續指向了一個 ipv4_devconf_get() 函式。
在同檔案中，ipv4_devconf_get() 函式給出了以下定義：
實際上是獲取了這個網路裝置 in_dev 的 cnf 結構體成員的 data 陣列。傳入的 index 實際上是字串 IPV4_DEVCONF_ 和 FORWARDING 的拼接。
我們來看一下這個 data 陣列的結構：
在 include/uapi/linux/ip.h 中，定義了 ipv4_devconf 結構體的 data 變數 index：
最後，總結來看，核心是透過 IN_DEV_CONF_GET 宏來獲取網路卡裝置的 forward 引數的。
pforward 引數如何被設定的
首先，我們都知道，/proc/sys 目錄實際上是一個虛擬檔案系統，裡面儲存了實時生效的核心引數。這個機制允許我們實時檢視和修改核心的引數，從而影響系統的執行行為。
和 ipv4 網路相關的引數位於 /proc/sys/net/ipv4 目錄下， 如下（5.10 核心）：
如何修改？上文已經說了，可以透過直接 echo，或者 sysctl 系統呼叫，亦或修改 /etc/sysctl.conf 配置檔案，即可在不同的級別使他們生效。
/proc/sys/net/ipv4 目錄下儲存著很多全域性變數，例如全域性的 ip_forward。和具體網路卡裝置相關的變數儲存在了其子目錄 conf/ 下。
核心中的 ctl_table
其中，每一個目錄代表當前系統的一個網路裝置。當一個新的網路裝置被註冊或除名時，該目錄下也會隨之調整。
在核心中，/proc/sys/ 中的檔案和目錄都是以 ctl_table 結構定義的。下面是 devinet.c 檔案中對於 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 這個變數的定義。
其中關鍵欄位的含義為：
const char* procname; // 引數檔名
void* data; // 引數檔案值
int maxlen; // 引數大小
mode_t mode; // 檔案或目錄許可權
proc_handler* proc_handler // 處理讀寫請求的回撥函式
具體解釋為：當前檔名為“ip_forward”；引數值繫結為ipv4_devconf的data[0]的位置；644 代表root可讀寫，其他只讀；最後，為這個引數檔案繫結了一個讀寫回撥函式 devinet_sysctl_forward。
目錄定義的 ctl_table 和檔案的不太一樣，多了個 child 欄位：
{ .procname = "dev", .mode = 0555, .child = dev_table, }
/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 如何被建立的？
上一節我們瞭解了，例如 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 檔案，在核心中實際上是一個 ctl_table 結構。
ctl_table 的建立，在 fs/proc/proc_sysctl.c 檔案的 __register_sysctl_table() 中完成。其函式註釋如下：
/**
* __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
) {...}
該函式的操作過程大體可以概述為：
- 尋找
ctl_table合適的目錄， - 然後將其插入。
關於這個函式，本文不再贅述了，可以去相關檔案中詳細瞭解。下面我們來看 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 的建立過程。
網路裝置初始化函式 devinet_init 執行時，將呼叫 register_pernet_subsys 函式，傳入 devinet_ops 結構，並執行其 init 函式。devinet_ops 結構體繫結了 init 和 exit 兩個函式，其 init 函式為 devinet_init_net。當他最終被呼叫執行時，會依次喚起 __devnet_sysctl_register() 和 register_net_sysctl() 分別建立 all/、default/ 以及 net/ipv4/ 三個目錄。如下圖。
實際上，__devnet_sysctl_register() 最終呼叫的也是 register_net_sysctl() 函式，完成 sysctl 目錄的註冊。
register_net_sysctl() 函式在 sysctl_net.c 檔案中最終呼叫 __register_sysctl_table() 介面真正去註冊一個 sysctl table 子項。
/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 如何被讀寫？
我們再回到 ctl_table 的結構定義：
其中一個非常重要的函式 devinet_sysctl_forward() 就是 ctl_table 結構的讀寫回撥函式。也就是說，當 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 檔案被讀或寫時，會觸發這個函式的呼叫。
我們來詳細看一下這個函式的實現：
devinet_sysctl_forward() 接收幾個引數，重要的，write表示當前操作：1 代表寫，0 代表讀；後面幾個代表使用者空間緩衝區，用於傳遞資料（buffer：緩衝區地址，lenp：緩衝區大小，ppos：檔案偏移量）。
/proc/sys/net/ipv4/ip_forward 核心變數型別為一個整數，因此其預設的讀寫函式為 proc_dointvec()。類似的，字串核心變數讀寫函式為 proc_dostring()，整數陣列讀寫函式為 proc_dointvec_jiffies() 等等。這些函式的具體定義在 kernel/sysctl.c 中，如下：
在寫入 ip_forward 變數時，不僅僅要呼叫 proc_dointvec() 來寫入具體 proc 檔案，還需要寫入所有網路卡裝置 cnf 的 data 陣列，我們在上文中給出了這部分的介面和介紹。
具體流程詳見上面的虛擬碼，當寫入 ip_forward 變數時，最終會遍歷所有網路卡裝置，並呼叫 IN_DEV_CONF_SET() 宏執行寫入操作。
總結：網路卡裝置配置引數
網路卡裝置的結構體 in_device 中有一個配置屬性 ipv4_devconf，後者的結構中定義了一個 data[] 陣列，裡面儲存了當前網路卡的配置引數實際值。
核心中讀寫這個 data[] 陣列，一般會用到 IN_DEV_CONF_GET() 和 IN_DEV_CONF_SET()。
如何在 proc/sys/net/ 中自定義一個引數檔案？
我們來實戰一下，從現在起，下文基於 kos5.8，kernel-5.10.134。
題目，透過編寫一個核心模組，實現以下功能：
1）該模組載入時，在 /proc/sys/net/ 目錄下建立一個檔案 flag，解除安裝時該檔案也隨之移除。
2）flag 作為一個核心引數，其引數型別為 int，所有使用者可對其讀寫。
3）當 flag 引數被寫入時，向 messages 中列印一條日誌。
程式碼樣例：
#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; // 用於儲存 flag 的值
// 自定義的 proc_handler 函式
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;
// 使用 proc_dointvec 處理實際的讀取/寫入操作
ret = proc_dointvec(table, write, buffer, lenp, ppos);
// 當執行寫操作時
if (write) {
// 列印日誌，指示寫操作發生
printk(KERN_INFO "Writing to /proc/sys/net/flag, new value: %s\n", (char *)buffer);
}
return ret;
}
// 定義 sysctl 的控制表
static struct ctl_table sysctl_table[] = {
{
.procname = "flag", // 建立的 sysctl 路徑
.data = &flag, // 要處理的核心變數
.maxlen = sizeof(flag), // 資料的最大長度
.mode = 0666, // 許可權設定
.proc_handler = flag_handler, // 使用自定義的 proc_handler
},
{ } // 結束符
};
// 定義 sysctl 目錄
static struct ctl_table_header *header;
static int __init proc_flag_init(void) {
printk(KERN_INFO "Initializing proc_flag_sysctl module...\n");
// 使用 register_sysctl 建立 proc 檔案
header = register_sysctl("net", sysctl_table);
// 在 /proc/sys/net/ 目錄下建立 flag 檔案
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) {
// 解除安裝 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");