内核通信之 Netlink 源码分析和实例分析

内核通信之 Netlink 源码分析和实例分析

Netlink 是 Linux 内核与用户空间进程之间进行通信的一种机制。它提供了一种高效、可靠和灵活的通信方法，允许用户空间进程可以与内核模块进行交互，从而实现对网络配置、系统状态查询等功能的控制。本文将对 Netlink 的源码进行分析，并通过实例展示怎样使用 Netlink 进行内核通信。

一、Netlink 简介

Netlink 是一种特殊的 Linux 内核协议，它允许用户空间进程与内核模块之间进行双向通信。Netlink 通信通常使用 socket 进行，故而它也被称为 Netlink Socket。Netlink 通信的特点如下：

• 异步通信：Netlink 通信是异步的，即发送方不需要等待接收方的响应。
• 消息传递：Netlink 通信通过消息传递进行，每个消息包含特定的类型和数据。
• 多播赞成：Netlink 赞成多播通信，允许多个用户空间进程接收同一个消息。

二、Netlink 源码分析

Netlink 的源码重点位于 Linux 内核的 net/Netlink 目录下。下面将简要分析 Netlink 源码的重点部分。

2.1 Netlink 协议栈

Netlink 协议栈包括 Netlink 协议头和用户数据两部分。Netlink 协议头定义了消息的基本信息，如消息类型、消息长度等。用户数据则是消息携带的具体内容。

struct nlmsghdr {
    __u32        nlmsg_len;    /* Total length of this message */
    __u16        nlmsg_type;   /* Message type */
    __u16        nlmsg_flags;  /* Additional flags */
    __u32        nlmsg_seq;    /* Sequence number */
    __u32        nlmsg_pid;    /* Sender port ID */
};

2.2 Netlink 消息处理

Netlink 消息处理是 Netlink 通信的核心部分。内核中负责处理 Netlink 消息的模块通常会实现 nlmsghdr 中的 nlmsg_type 字段对应的处理函数。用户空间进程发送的 Netlink 消息会经过协议栈的处理，最终到达相应的处理函数。

int netlink_rcv_skb(struct sk_buff *skb)
{
    struct nlmsghdr *nlh;
    int len;
    ...
    nlh = nlmsg_data(skb);
    len = nlmsg_len(skb);
    ...
    return call_netlink_handle_skmsg(skb);
}

2.3 Netlink 接口

Netlink 接口提供了用户空间进程与内核模块通信的接口。用户空间进程可以通过 socket 调用来创建 Netlink Socket，并通过 sendmsg 或 sendto 函数发送 Netlink 消息。内核模块则通过 netlink_socket_register 注册 Netlink Socket，以便接收和处理消息。

int netlink_socket_register(struct socket *sock, struct netlink_sock *nlsk)
{
    ...
    nlsk->sk_family = AF_NETLINK;
    nlsk->sk_protocol = protocol;
    ...
    return register_netlink_socket(sock);
}

三、Netlink 实例分析

下面通过一个简洁的例子来展示怎样使用 Netlink 进行内核通信。

3.1 用户空间进程

用户空间进程可以通过创建 Netlink Socket 并发送消息来与内核模块通信。

#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <string.h>
int main()
{
    struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
    struct nlmsghdr *nlh;
    int sock_fd;
    struct iovec iov;
    struct msghdr msg;
    sock_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
    memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
    src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    src_addr.nl_pid = getpid();
    bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&src_addr, sizeof(src_addr));
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    dest_addr.nl_pid = 0; /* 0 for Linux kernel */
    dest_addr.nl_groups = RTMGRP_LINK; /* subscribe to link layer messages */
    nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(1024));
   
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