一、什么是Netlink通信機(jī)制
Netlink套接字是用以實(shí)現(xiàn)用戶進(jìn)程與內(nèi)核進(jìn)程通信的一種特殊的進(jìn)程間通信(IPC) ,也是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與內(nèi)核通信的最常用的接口。
Netlink 是一種特殊的 socket，它是 Linux 所特有的，類似于 BSD 中的AF_ROUTE 但又遠(yuǎn)比它的功能強(qiáng)大，目前在Linux 內(nèi)核中
使用netlink 進(jìn)行應(yīng)用與內(nèi)核通信的應(yīng)用很多; 包括：路由 daemon（NETLINK_ROUTE），用戶態(tài) socket 協(xié)議（NETLINK_USERSOCK），
防火墻（NETLINK_FIREWALL），netfilter 子系統(tǒng)（NETLINK_NETFILTER），內(nèi)核事件向用戶態(tài)通知（NETLINK_KOBJECT_UEVENT），
通用 netlink（NETLINK_GENERIC）等。
Netlink 是一種在內(nèi)核與用戶應(yīng)用間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆浅：玫姆绞剑脩魬B(tài)應(yīng)用使用標(biāo)準(zhǔn)的 socket API 就可以使用 netlink 提供的強(qiáng)大功能，
內(nèi)核態(tài)需要使用專門的內(nèi)核 API 來使用 netlink。
Netlink 相對于系統(tǒng)調(diào)用，ioctl 以及 /proc文件系統(tǒng)而言具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1，netlink使用簡單，只需要在include/linux/netlink.h中增加一個新類型的 netlink 協(xié)議定義即可,(如 #define NETLINK_TEST 20 然后，內(nèi)核和用戶態(tài)應(yīng)用就可以立即通過 socket API 使用該 netlink 協(xié)議類型進(jìn)行數(shù)據(jù)交換);
2. netlink是一種異步通信機(jī)制，在內(nèi)核與用戶態(tài)應(yīng)用之間傳遞的消息保存在socket緩存隊(duì)列中，發(fā)送消息只是把消息保存在接收者的socket的接收隊(duì)列，而不需要等待接收者收到消息；
3．使用 netlink 的內(nèi)核部分可以采用模塊的方式實(shí)現(xiàn)，使用 netlink 的應(yīng)用部分和內(nèi)核部分沒有編譯時依賴;
4．netlink 支持多播，內(nèi)核模塊或應(yīng)用可以把消息多播給一個netlink組，屬于該neilink 組的任何內(nèi)核模塊或應(yīng)用都能接收到該消息，內(nèi)核事件向用戶態(tài)的通知機(jī)制就使用了這一特性；
5．內(nèi)核可以使用 netlink 首先發(fā)起會話;
二、Netlink常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及函數(shù)
用戶態(tài)應(yīng)用使用標(biāo)準(zhǔn)的 socket API有（sendto()），recvfrom()； sendmsg(), recvmsg()）
下面簡單介紹幾種NETLINK用戶態(tài)通信的常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
1、用戶態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Netlink通信跟常用UDP Socket通信類似：
struct sockaddr_nl 是netlink通信地址跟普通socket struct sockaddr_in類似
struct sockaddr_nl結(jié)構(gòu)：
1 struct sockaddr_nl {2 __kernel_sa_family_t nl_family; /* AF_NETLINK （跟AF_INET對應(yīng)）*/3 unsigned short nl_pad; /* zero */4 __u32 nl_pid; /* port ID （通信端口號）*/5 __u32 nl_groups; /* multicast groups mask */6 };
struct nlmsghd 結(jié)構(gòu)：
1 /* struct nlmsghd 是netlink消息頭*/2 struct nlmsghdr { 3 __u32 nlmsg_len; /* Length of message including header */4 __u16 nlmsg_type; /* Message content */5 __u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */ 6 __u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */7 __u32 nlmsg_pid; /* Sending process port ID */8 };
（1）nlmsg_len：整個netlink消息的長度（包含消息頭）；
（2）nlmsg_type：消息狀態(tài)，內(nèi)核在include/uapi/linux/netlink.h中定義了以下4種通用的消息類型，它們分別是：
1 #define NLMSG_NOOP 0x1 /* Nothing. */ 2 #define NLMSG_ERROR 0x2 /* Error */ 3 #define NLMSG_DONE 0x3 /* End of a dump */ 4 #define NLMSG_OVERRUN 0x4 /* Data lost */ 5 6 #define NLMSG_MIN_TYPE 0x10 /* < 0x10: reserved control messages */ 7 8 /*NLMSG_NOOP：不執(zhí)行任何動作，必須將該消息丟棄； 9 NLMSG_ERROR：消息發(fā)生錯誤；10 NLMSG_DONE：標(biāo)識分組消息的末尾；11 NLMSG_OVERRUN：緩沖區(qū)溢出，表示某些消息已經(jīng)丟失。12 NLMSG_MIN_TYPEK：預(yù)留 */
（3）nlmsg_flags：消息標(biāo)記，它們用以表示消息的類型，如下
1 /* Flags values */ 2 3 #define NLM_F_REQUEST 1 /* It is request message. */ 4 #define NLM_F_MULTI 2 /* Multipart message, terminated by NLMSG_DONE */ 5 #define NLM_F_ACK 4 /* Reply with ack, with zero or error code */ 6 #define NLM_F_ECHO 8 /* Echo this request */ 7 #define NLM_F_DUMP_INTR 16 /* Dump was inconsistent due to sequence change */ 8 9 /* Modifiers to GET request */10 #define NLM_F_ROOT 0x100 /* specify tree root */11 #define NLM_F_MATCH 0x200 /* return all matching */12 #define NLM_F_ATOMIC 0x400 /* atomic GET */13 #define NLM_F_DUMP (NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH)14 15 /* Modifiers to NEW request */16 #define NLM_F_REPLACE 0x100 /* Override existing */17 #define NLM_F_EXCL 0x200 /* Do not touch, if it exists */18 #define NLM_F_CREATE 0x400 /* Create, if it does not exist */19 #define NLM_F_APPEND 0x800 /* Add to end of list */
（4）nlmsg_seq：消息序列號，用以將消息排隊(duì)，有些類似TCP協(xié)議中的序號（不完全一樣），但是netlink的這個字段是可選的，不強(qiáng)制使用；
（5）nlmsg_pid：發(fā)送端口的ID號，對于內(nèi)核來說該值就是0，對于用戶進(jìn)程來說就是其socket所綁定的ID號。
struct msghdr 結(jié)構(gòu)體
1 struct iovec { /* Scatter/gather array items */ 2 void *iov_base; /* Starting address */ 3 size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */ 4 }; 5 /* iov_base: iov_base指向數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)，即參數(shù)buff，iov_len是buff的長度。msghdr中允許一次傳遞多個buff， 6 以數(shù)組的形式組織在 msg_iov中，msg_iovlen就記錄數(shù)組的長度 （即有多少個buff） 7 */ 8 struct msghdr { 9 void *msg_name; /* optional address */10 socklen_t msg_namelen; /* size of address */11 struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */12 size_t msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */13 void *msg_control; /* ancillary data, see below */14 size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */15 int msg_flags; /* flags on received message */16 };17 /* msg_name： 數(shù)據(jù)的目的地址，網(wǎng)絡(luò)包指向sockaddr_in, netlink則指向sockaddr_nl;18 msg_namelen: msg_name 所代表的地址長度19 msg_iov: 指向的是緩沖區(qū)數(shù)組20 msg_iovlen: 緩沖區(qū)數(shù)組長度21 msg_control: 輔助數(shù)據(jù)，控制信息(發(fā)送任何的控制信息)22 msg_controllen: 輔助信息長度23 msg_flags: 消息標(biāo)識24 */
2. netlink 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、常用宏及函數(shù)：
netlink消息類型：
1 #define NETLINK_ROUTE 0 /* Routing/device hook */ 2 #define NETLINK_UNUSED 1 /* Unused number */ 3 #define NETLINK_USERSOCK 2 /* Reserved for user mode socket protocols */ 4 #define NETLINK_FIREWALL 3 /* Unused number, formerly ip_queue */ 5 #define NETLINK_SOCK_DIAG 4 /* socket monitoring */ 6 #define NETLINK_NFLOG 5 /* netfilter/iptables ULOG */ 7 #define NETLINK_XFRM 6 /* ipsec */ 8 #define NETLINK_SELINUX 7 /* SELinux event notifications */ 9 #define NETLINK_ISCSI 8 /* Open-iSCSI */10 #define NETLINK_AUDIT 9 /* auditing */11 #define NETLINK_FIB_LOOKUP 10 12 #define NETLINK_CONNECTOR 1113 #define NETLINK_NETFILTER 12 /* netfilter subsystem */14 #define NETLINK_IP6_FW 1315 #define NETLINK_DNRTMSG 14 /* DECnet routing messages */16 #define NETLINK_KOBJECT_UEVENT 15 /* Kernel messages to userspace */17 #define NETLINK_GENERIC 1618 /* leave room for NETLINK_DM (DM Events) */19 #define NETLINK_SCSITRANSPORT 18 /* SCSI Transports */20 #define NETLINK_ECRYPTFS 1921 #define NETLINK_RDMA 2022 #define NETLINK_CRYPTO 21 /* Crypto layer */23 24 #define NETLINK_INET_DIAG NETLINK_SOCK_DIAG25 26 #define MAX_LINKS 32
netlink常用宏：
1 #define NLMSG_ALIGNTO 4U 2 /* 宏NLMSG_ALIGN(len)用于得到不小于len且字節(jié)對齊的最小數(shù)值 */ 3 #define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) ) 4 5 /* Netlink 頭部長度 */ 6 #define NLMSG_HDRLEN ((int) NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr))) 7 8 /* 計(jì)算消息數(shù)據(jù)len的真實(shí)消息長度（消息體 + 消息頭）*/ 9 #define NLMSG_LENGTH(len) ((len) + NLMSG_HDRLEN)10 11 /* 宏NLMSG_SPACE(len)返回不小于NLMSG_LENGTH(len)且字節(jié)對齊的最小數(shù)值 */12 #define NLMSG_SPACE(len) NLMSG_ALIGN(NLMSG_LENGTH(len))13 14 /* 宏NLMSG_DATA(nlh)用于取得消息的數(shù)據(jù)部分的首地址，設(shè)置和讀取消息數(shù)據(jù)部分時需要使用該宏 */15 #define NLMSG_DATA(nlh) ((void*)(((char*)nlh) + NLMSG_LENGTH(0)))16 17 /* 宏NLMSG_NEXT(nlh,len)用于得到下一個消息的首地址, 同時len 變?yōu)槭Ｓ嘞⒌拈L度 */18 #define NLMSG_NEXT(nlh,len) ((len) -= NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len), 19 (struct nlmsghdr*)(((char*)(nlh)) + NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len)))20 21 /* 判斷消息是否 >len */22 #define NLMSG_OK(nlh,len) ((len) >= (int)sizeof(struct nlmsghdr) && 23 (nlh)->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) && 24 (nlh)->nlmsg_len <= (len))25 26 /* NLMSG_PAYLOAD(nlh,len) 用于返回payload的長度*/27 #define NLMSG_PAYLOAD(nlh,len) ((nlh)->nlmsg_len - NLMSG_SPACE((len)))
netlink 內(nèi)核常用函數(shù)：
netlink_kernel_create內(nèi)核函數(shù)用于創(chuàng)建 內(nèi)核socket用用戶態(tài)通信
1 static inline struct sock * 2 netlink_kernel_create(struct net *net, int unit, struct netlink_kernel_cfg *cfg) 3 /* net: net指向所在的網(wǎng)絡(luò)命名空間, 一般默認(rèn)傳入的是&init_net(不需要定義); 定義在net_namespace.c(extern struct net init_net); 4 unit：netlink協(xié)議類型 5 cfg： cfg存放的是netlink內(nèi)核配置參數(shù)（如下） 6 */ 7 8 /* optional Netlink kernel configuration parameters */ 9 struct netlink_kernel_cfg {10 unsigned int groups; 11 unsigned int flags; 12 void (*input)(struct sk_buff *skb); /* input 回調(diào)函數(shù) */13 struct mutex *cb_mutex; 14 void (*bind)(int group); 15 bool (*compare)(struct net *net, struct sock *sk);16 };
單播netlink_unicast() 和 多播netlink_broadcast()
1 /* 來發(fā)送單播消息 */ 2 extern int netlink_unicast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, __u32 portid, int nonblock); 3 /* ssk: netlink socket 4 skb: skb buff 指針 5 portid： 通信的端口號 6 nonblock：表示該函數(shù)是否為非阻塞，如果為1，該函數(shù)將在沒有接收緩存可利用時立即返回，而如果為0，該函數(shù)在沒有接收緩存可利用 定時睡眠 7 */ 8 9 /* 用來發(fā)送多播消息 */10 extern int netlink_broadcast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, __u32 portid,11 __u32 group, gfp_t allocation);12 /* ssk: 同上（對應(yīng)netlink_kernel_create 返回值）、13 skb: 內(nèi)核skb buff14 portid： 端口id15 group: 是所有目標(biāo)多播組對應(yīng)掩碼的"OR"操作的合值。16 allocation: 指定內(nèi)核內(nèi)存分配方式，通常GFP_ATOMIC用于中斷上下文，而GFP_KERNEL用于其他場合。17 這個參數(shù)的存在是因?yàn)樵揂PI可能需要分配一個或多個緩沖區(qū)來對多播消息進(jìn)行clone18 */
三、netlink實(shí)例
（1）用戶態(tài)程序 （sendto()， recvfrom()）
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/socket.h> 4 #include <string.h> 5 #include <linux/netlink.h> 6 #include <stdint.h> 7 #include <unistd.h> 8 #include <errno.h> 9 10 #define NETLINK_TEST 3011 #define MSG_LEN 12512 #define MAX_PLOAD 12513 14 typedef struct _user_msg_info15 {16 struct nlmsghdr hdr;17 char msg[MSG_LEN];18 } user_msg_info;19 20 int main(int argc, char **argv)21 {22 int skfd;23 int ret;24 user_msg_info u_info;25 socklen_t len;26 struct nlmsghdr *nlh = NULL;27 struct sockaddr_nl saddr, daddr;28 char *umsg = "hello netlink!!";29 30 /* 創(chuàng)建NETLINK socket */31 skfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_TEST);32 if(skfd == -1)33 {34 perror("create socket error\n");35 return -1;36 }37 38 memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));39 saddr.nl_family = AF_NETLINK; //AF_NETLINK40 saddr.nl_pid = 100; //端口號(port ID) 41 saddr.nl_groups = 0;42 if(bind(skfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)43 {44 perror("bind() error\n");45 close(skfd);46 return -1;47 }48 49 memset(&daddr, 0, sizeof(daddr));50 daddr.nl_family = AF_NETLINK;51 daddr.nl_pid = 0; // to kernel 52 daddr.nl_groups = 0;53 54 nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PLOAD));55 memset(nlh, 0, sizeof(struct nlmsghdr));56 nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PLOAD);57 nlh->nlmsg_flags = 0;58 nlh->nlmsg_type = 0;59 nlh->nlmsg_seq = 0;60 nlh->nlmsg_pid = saddr.nl_pid; //self port61 62 memcpy(NLMSG_DATA(nlh), umsg, strlen(umsg));63 ret = sendto(skfd, nlh, nlh->nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)&daddr, sizeof(struct sockaddr_nl));64 if(!ret)65 {66 perror("sendto error\n");67 close(skfd);68 exit(-1);69 }70 printf("send kernel:%s\n", umsg);71 72 memset(&u_info, 0, sizeof(u_info));73 len = sizeof(struct sockaddr_nl);74 ret = recvfrom(skfd, &u_info, sizeof(user_msg_info), 0, (struct sockaddr *)&daddr, &len);75 if(!ret)76 {77 perror("recv form kernel error\n");78 close(skfd);79 exit(-1);80 }81 82 printf("from kernel:%s\n", u_info.msg);83 close(skfd);84 85 free((void *)nlh);86 return 0;87 }
Netlink 內(nèi)核模塊代碼：
1 /**************************************** 2 * Author: zhangwj 3 * Date: 2017-01-19 4 * Filename: netlink_test.c 5 * Descript: netlink of kernel 6 * Kernel: 3.10.0-327.22.2.el7.x86_64 7 * Warning: 8 ******************************************/ 9 10 #include <linux/init.h> 11 #include <linux/module.h> 12 #include <linux/types.h> 13 #include <net/sock.h> 14 #include <linux/netlink.h> 15 16 #define NETLINK_TEST 30 17 #define MSG_LEN 125 18 #define USER_PORT 100 19 20 MODULE_LICENSE("GPL"); 21 MODULE_AUTHOR("zhangwj"); 22 MODULE_DESCRIPTION("netlink example"); 23 24 struct sock *nlsk = NULL; 25 extern struct net init_net; 26 27 int send_usrmsg(char *pbuf, uint16_t len) 28 { 29 struct sk_buff *nl_skb; 30 struct nlmsghdr *nlh; 31 32 int ret; 33 34 /* 創(chuàng)建sk_buff 空間 */ 35 nl_skb = nlmsg_new(len, GFP_ATOMIC); 36 if(!nl_skb) 37 { 38 printk("netlink alloc failure\n"); 39 return -1; 40 } 41 42 /* 設(shè)置netlink消息頭部 */ 43 nlh = nlmsg_put(nl_skb, 0, 0, NETLINK_TEST, len, 0); 44 if(nlh == NULL) 45 { 46 printk("nlmsg_put failaure \n"); 47 nlmsg_free(nl_skb); 48 return -1; 49 } 50 51 /* 拷貝數(shù)據(jù)發(fā)送 */ 52 memcpy(nlmsg_data(nlh), pbuf, len); 53 ret = netlink_unicast(nlsk, nl_skb, USER_PORT, MSG_DONTWAIT); 54 55 return ret; 56 } 57 58 static void netlink_rcv_msg(struct sk_buff *skb) 59 { 60 struct nlmsghdr *nlh = NULL; 61 char *umsg = NULL; 62 char *kmsg = "hello users!!!"; 63 64 if(skb->len >= nlmsg_total_size(0)) 65 { 66 nlh = nlmsg_hdr(skb); 67 umsg = NLMSG_DATA(nlh); 68 if(umsg) 69 { 70 printk("kernel recv from user: %s\n", umsg); 71 send_usrmsg(kmsg, strlen(kmsg)); 72 } 73 } 74 } 75 76 struct netlink_kernel_cfg cfg = { 77 .input = netlink_rcv_msg, /* set recv callback */ 78 }; 79 80 int test_netlink_init(void) 81 { 82 /* create netlink socket */ 83 nlsk = (struct sock *)netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST, &cfg); 84 if(nlsk == NULL) 85 { 86 printk("netlink_kernel_create error !\n"); 87 return -1; 88 } 89 printk("test_netlink_init\n"); 90 91 return 0; 92 } 93 94 void test_netlink_exit(void) 95 { 96 if (nlsk){ 97 netlink_kernel_release(nlsk); /* release ..*/ 98 nlsk = NULL; 99 } 100 printk("test_netlink_exit!\n");101 }102 103 module_init(test_netlink_init);104 module_exit(test_netlink_exit);
Makeflie：
1 # 2 #Desgin of Netlink 3 # 4 5 MODULE_NAME :=netlink_test 6 obj-m :=$(MODULE_NAME).o 7 8 KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build 9 PWD := $(shell pwd)10 11 all:12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD)13 14 clean:15 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
運(yùn)行結(jié)果：
首先將編譯出來的Netlink內(nèi)核模塊插入到系統(tǒng)當(dāng)中（insmod netlink_test.ko）可以看到如下：
1 [root@localhost nt_2nd]# insmod netlink_test.ko 2 [root@localhost nt_2nd]# dmesg3 [25024.276345] test_netlink_init
接著運(yùn)行應(yīng)用程序：./a.out
1 [root@localhost nt_2nd]# ./a.out 2 send kernel:hello netlink!!3 from kernel:hello users!!!4 [root@localhost nt_2nd]# dmesg 5 [25024.276345] test_netlink_init6 [25117.548350] kernel recv from user: hello netlink!!7 [root@localhost nt_2nd]#
