linux 内核中Netlink

套接字Netlink地址 sockaddr_nl

协议簇

常使用的宏

内核常用的函数

创建流程

Netlink套接字

uevent内核事件

套接字监视接口

demo

Netlink套接字接口最初是Linux内核2.2引入的，作用用户空间进程与内核间通信方法。

相对于ioctl,sysfs,proc的优势

优势：

IOCTL处理程序不能从内核向用户空间发送异步消息，而Netlink套接字则可以。
用户与内核间的通信方式，不需要轮询，用户空间应用程序打开套接字，调用recvmsg()，如果没有来自内核的消息，就进入阻塞状态。
内核可以主动向用户空间发送异步消息，而不需要用户空间来触发。
支持组播传输。

命令iproute2包含命令（ip tc ss lnstat bridge）主要使用netlink套接字从用户空间向内核空间发送请求并获得应答。

套接字Netlink地址 sockaddr_nl

struct sockaddr_nl {__kernel_sa_family_t nl_family;  /* AF_NETLINK   */unsigned short    nl_pad;     /* zero     */__u32     nl_pid;     /* port ID  */__u32     nl_groups;  /* multicast groups mask */
};

消息头

struct nlmsghdr {__u32       nlmsg_len;  /* Length of message including header */__u16       nlmsg_type; /* Message content */__u16      nlmsg_flags;    /* Additional flags */__u32     nlmsg_seq;  /* Sequence number */__u32      nlmsg_pid;  /* Sending process port ID */
};

协议簇

#define NETLINK_ROUTE        0   /* Routing/device hook              */
#define NETLINK_UNUSED      1   /* Unused number                */
#define NETLINK_USERSOCK    2   /* Reserved for user mode socket protocols  */
#define NETLINK_FIREWALL    3   /* Unused number, formerly ip_queue     */
#define NETLINK_SOCK_DIAG   4   /* socket monitoring                */
#define NETLINK_NFLOG       5   /* netfilter/iptables ULOG */
#define NETLINK_XFRM        6   /* ipsec */
#define NETLINK_SELINUX     7   /* SELinux event notifications */
#define NETLINK_ISCSI       8   /* Open-iSCSI */
#define NETLINK_AUDIT       9   /* auditing */
#define NETLINK_FIB_LOOKUP  10
#define NETLINK_CONNECTOR   11
#define NETLINK_NETFILTER   12  /* netfilter subsystem */
#define NETLINK_IP6_FW      13
#define NETLINK_DNRTMSG     14  /* DECnet routing messages */
#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT  15  /* Kernel messages to userspace */
#define NETLINK_GENERIC     16
/* leave room for NETLINK_DM (DM Events) */
#define NETLINK_SCSITRANSPORT   18  /* SCSI Transports */
#define NETLINK_ECRYPTFS    19
#define NETLINK_RDMA        20
#define NETLINK_CRYPTO      21  /* Crypto layer */
#define NETLINK_SMC     22  /* SMC monitoring */

常使用的宏

#define NLMSG_ALIGNTO    4U
#define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) )
#define NLMSG_HDRLEN     ((int) NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr)))
#define NLMSG_LENGTH(len) ((len) + NLMSG_HDRLEN)
#define NLMSG_SPACE(len) NLMSG_ALIGN(NLMSG_LENGTH(len))
#define NLMSG_DATA(nlh)  ((void*)(((char*)nlh) + NLMSG_LENGTH(0)))
#define NLMSG_NEXT(nlh,len)  ((len) -= NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len), \(struct nlmsghdr*)(((char*)(nlh)) + NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len)))
#define NLMSG_OK(nlh,len) ((len) >= (int)sizeof(struct nlmsghdr) && \(nlh)->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) && \(nlh)->nlmsg_len <= (len))
#define NLMSG_PAYLOAD(nlh,len) ((nlh)->nlmsg_len - NLMSG_SPACE((len)))

内核常用的函数

//内核创建socket
static inline struct sock * netlink_kernel_create(struct net *net, int unit, struct netlink_kernel_cfg *cfg)//nlmsg_new - Allocate a new netlink message
static inline struct sk_buff *nlmsg_new(size_t payload, gfp_t flags)//Add a new netlink message to an skb
static inline struct nlmsghdr *nlmsg_put(struct sk_buff *skb, u32 portid, u32 seq,int type, int payload, int flags)//单播
extern int netlink_unicast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, __u32 portid, int nonblock);//多播
extern int netlink_broadcast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, __u32 portid,__u32 group, gfp_t allocation);

创建流程

Netlink套接字

在内核网络栈中，可以创建多种Netlink套接字，每种套接字处理不同类型消息。如NETLINK_ROUTE消息的套接字创建过程

static int __net_init rtnetlink_net_init(struct net *net)
{struct sock *sk;struct netlink_kernel_cfg cfg = {.groups      = RTNLGRP_MAX,.input       = rtnetlink_rcv,.cb_mutex  = &rtnl_mutex,.flags       = NL_CFG_F_NONROOT_RECV,.bind      = rtnetlink_bind,};sk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_ROUTE, &cfg);if (!sk)return -ENOMEM;net->rtnl = sk;return 0;
}

在netlink_kernel_create种第二个参数 NETLINK_ROUTE表示rtnetlink消息，此外还有NETLINK_XFRM表示IPsec子系统，NETLINK_AUDIT表示审计子系统。
成员input函数用于指定回调函数，rtnetlink_rcv用于接收用户空间的信息。

uevent内核事件

只需要从内核向用户发送数据即可，初始化为

static int uevent_net_init(struct net *net)
{struct uevent_sock *ue_sk;struct netlink_kernel_cfg cfg = {.groups    = 1,.input = uevent_net_rcv,.flags    = NL_CFG_F_NONROOT_RECV};ue_sk = kzalloc(sizeof(*ue_sk), GFP_KERNEL);if (!ue_sk)return -ENOMEM;ue_sk->sk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_KOBJECT_UEVENT, &cfg);if (!ue_sk->sk) {pr_err("kobject_uevent: unable to create netlink socket!\n");kfree(ue_sk);return -ENODEV;}
...
}

套接字监视接口

//支持SS 监视接口 NETLINK_SOCK_DIAG
static int __net_init diag_net_init(struct net *net)
{struct netlink_kernel_cfg cfg = {.groups  = SKNLGRP_MAX,.input   = sock_diag_rcv,.bind  = sock_diag_bind,.flags    = NL_CFG_F_NONROOT_RECV,};net->diag_nlsk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_SOCK_DIAG, &cfg);return net->diag_nlsk == NULL ? -ENOMEM : 0;
}

demo

内核程序实例

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/sched.h>
#include <net/sock.h>
#include <linux/netlink.h>#define NETLINK_USER  22
#define USER_MSG    (NETLINK_USER + 1)
#define USER_PORT   50static struct sock *netlinkfd = NULL;int send_msg(int8_t *pbuf, uint16_t len)
{struct sk_buff *nl_skb;struct nlmsghdr *nlh;int ret;//创建sk_buffernl_skb = nlmsg_new(len, GFP_ATOMIC);if(!nl_skb){printk("nlmsg_new error\n");return -1;}//设置netlink头nlh = nlmsg_put(nl_skb, 0, 0, USER_MSG, len, 0);if(nlh == NULL){printk("netlink header error\n");nlmsg_free(nl_skb);return -1;}//拷贝数据memcpy(nlmsg_data(nlh), pbuf, len);//单播发送数据ret = netlink_unicast(netlinkfd, nl_skb, USER_PORT, MSG_DONTWAIT);return ret;
}//接收数据
static void recv_cb(struct sk_buff *skb)
{struct nlmsghdr *nlh = NULL;void *data = NULL;//打印接收数据的长度printk("recv_datalen:%u\n", skb->len);if(skb->len >= nlmsg_total_size(0)){nlh = nlmsg_hdr(skb);//宏 获取数据data = NLMSG_DATA(nlh);if(data){printk("kernel receive data: %s\n", (int8_t *)data);//将数据发送给用户send_msg(data, nlmsg_len(nlh));}}
} //cfg参数 注册了input
struct netlink_kernel_cfg cfg =
{.input = recv_cb,
};//初始化
static int __init netlink_init(void)
{//创建socketnetlinkfd = netlink_kernel_create(&init_net, USER_MSG, &cfg);if(!netlinkfd){printk(KERN_ERR "create a netlink socket error!\n");return -1;}printk("init netlink  ok!\n");return 0;
}
//退出
static void __exit netlink_exit(void)
{sock_release(netlinkfd->sk_socket);printk(KERN_DEBUG "netlink exit\n!");
}module_init(netlink_init);
module_exit(netlink_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wy");
MODULE_DESCRIPTION("netlink");

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