linux 内核与用户空间通信之netlink使用方法.docx

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linux内核与用户空间通信之netlink使用方法

linux内核与用户空间通信之netlink使用方法

1 引言

Linux中的进程间通信机制源自于Unix平台上的进程通信机制。

Unix的两大分支AT

其中net参数是网络设备命名空间指针，input函数是netlinksocket在接受到消息时调用的回调函数指针，module默认为THIS_MODULE.

然后用户空间进程使用标准SocketAPI来创建套接字，将进程ID发送至内核空间，用户空间创建使用socket（）创建套接字，该函数的原型如下：

intsocket（intdomain,inttype,intprotocol）;

其中domain值为PF_NETLINK，即Netlink使用协议族。

protocol为Netlink提供的协议或者是用户自定义的协议，Netlink提供的协议包括NETLINK_ROUTE,NETLINK_FIREWALL,NETLINK_ARPD,NETLINK_ROUTE6和NETLINK_IP6_FW。

接着使用bind函数绑定。

Netlink的bind（）函数把一个本地socket地址（源socket地址）与一个打开的socket进行关联。

完成绑定，内核空间接收到用户进程ID之后便可以进行通讯。

用户空间进程发送数据使用标准socketAPI中sendmsg（）函数完成，使用时需添加structmsghdr消息和nlmsghdr消息头。

一个netlink消息体由nlmsghdr和消息的payload部分组成，输入消息后，内核会进入nlmsghdr指向的缓冲区。

内核空间发送数据使用独立创建的sk_buff缓冲区，Linux定义了如下宏方便对于缓冲区地址的设置，如下所示：

#defineNETLINK_CB（skb）（*（structnetlink_skb_parms*）

参数sk为函数netlink_kernel_create（）返回的socket，参数skb存放消息，它的data字段指向要发送的netlink消息结构，而skb的控制块保存了消息的地址信息，前面的宏NETLINK_CB（skb）就用于方便设置该控制块，参数pid为接收消息进程的pid，参数nonblock表示该函数是否为非阻塞，如果为1，该函数将在没有接收缓存可利用时立即返回，而如果为0，该函数在没有接收缓存可利用时睡眠。

内核模块或子系统也可以使用函数netlink_broadcast来发送广播消息：

voidnetlink_broadcast（structsock*sk,structsk_buff*skb,u32pid,u32group,intallocation）;

前面的三个参数与netlink_unicast相同，参数group为接收消息的多播组，该参数的每一个代表一个多播组，因此如果发送给多个多播组，就把该参数设置为多个多播组组ID的位或。

参数allocaTIon为内核内存分配类型，一般地为GFP_ATOMIC或GFP_KERNEL，GFP_ATOMIC用于原子的上下文（即不可以睡眠），而GFP_KERNEL用于非原子上下文。

接收数据时程序需要申请足够大的空间来存储netlink消息头和消息的payload部分。

然后使用标准函数接口recvmsg（）来接收netlink消息

4Netlink通信过程

调试平台：

Vmware5.5+FedoraCore10（两台，一台作为host机，一台作为target机）。

调试程序：

分为内核模块和用户空间程序两部分，当内核模块被加载后，运行用户空间程序，由用户空间发起Netlink会话，和内核模块进行数据交换。

被加载的内核模块无法通过外加的调试器进行调试，KGDB提供了一种内核源码级别的调试机制。

Linux内核自2.6.26版本之后在内核中内置了KGDB选项，编译内核时需要选择与之相关的选项，调试时host端需使用带有符号表的vmlinz内核，target端使用gdb调试用户空间的程序。

用户空间程序关键代码如下：

intsend_pck_to_kern（u8op,constu8*data,u16data_len）{structuser_data_*pck;intret;pck=（structuser_data_*）calloc（1,sizeof（*pck）+data_len）;if（!

pck）{printf（"callocin%sfailed!

!

!

\n",__FUNCTION__）;return-1;}pck->magic_num=MAGIC_NUM_RNQ;pck->op=op;pck->data_len=data_len;memcpy（pck->data,data,data_len）;ret=send_to_kern（（constu8*）pck,sizeof（*pck）+data_len）;if（ret）printf（"send_to_kernin%sfailed!

!

!

\n",__FUNCTION__）;free（pck）;returnret?

-1:

0;}staticvoidrecv_from_nl（）{charbuf[1000];intlen;structioveciov={buf,sizeof（buf）};structsockaddr_nlsa;structmsghdrmsg;structnlmsghdr*nh;memset（msg.msg_name=（void*）msg.msg_namelen=sizeof（sa）;msg.msg_iov=msg.msg_iovlen=1;//len=recvmsg（nl_sock,len=recvmsg（nl_sock,for（nh=（structnlmsghdr*）buf;NLMSG_OK（nh,len）;nh=NLMSG_NEXT（nh,len））{//Theendofmultipartmessage.if（nh->nlmsg_type==NLMSG_DONE）{puts（"nh->nlmsg_type==NLMSG_DONE"）;return;}if（nh->nlmsg_type==NLMSG_ERROR）{//Dosomeerrorhandling.puts（"nh->nlmsg_type==NLMSG_ERROR"）;return;}#if1puts（"Datareceivedfromkernel:

"）;hex_dump（（u8*）NLMSG_DATA（nh）,NLMSG_PAYLOAD（nh,0））;#endif}}

内核模块需要防止资源抢占，保证Netlink资源互斥占有，内核模块部分关键代码如下：

staTIcvoidnl_rcv（structsk_buff*skb）{mutex_lock（netlink_rcv_skb（skb,mutex_unlock（}staTIcintnl_send_msg（constu8*data,intdata_len）{structnlmsghdr*rep;u8*res;structsk_buff*skb;if（g_pid0）{printk（"Datatobesendtouserspace:

\n"）;hex_dump（（void*）data,data_len）;}rep=__nlmsg_put（skb,g_pid,0,NLMSG_NOOP,data_len,0）;res=nlmsg_data（rep）;memcpy（res,data,data_len）;netlink_unicast（g_nl_sk,skb,g_pid,MSG_DONTWAIT）;return0;}staTIcintnl_rcv_msg（structsk_buff*skb,structnlmsghdr*nlh）{constu8res_data[]="Hello,user";size_tdata_len;u8*buf;structuser_data_*pck;structuser_req*req,*match=NULL;g_pid=NETLINK_CB（skb）.pid;buf=（u8*）NLMSG_DATA（nlh）;data_len=nlmsg_len（nlh）;if（data_lenmagic_num!

=MAGIC_NUM_RNQ）{printk（"Magicnumbernotmatched!

!

!

\n"）;return-1;}if（g_debug_level>0）{printk（"Datafromuserspace:

\n"）;hex_dump（buf,data_len）;}req=user_reqs;while（req->op）{if（req->op==pck->op）{match=req;break;}req++;}if（match）{match->handler（buf,data_len）;}nl_send_msg（res_data,sizeof（res_data））;return0;}

5.其他相关说明

    Netlink是一种特殊的socket，它是Linux所特有的，类似于BSD中的AF_ROUTE但又远比它的功能强大，目前在最新的Linux内核（2.6.14）中使用netlink进行应用与内核通信的应用很多，包括：

路由daemon（NETLINK_ROUTE），1-wire子系统（NETLINK_W1），用户态socket协议（NETLINK_USERSOCK），防火墙（NETLINK_FIREWALL），socket监视（NETLINK_INET_DIAG），netfilter日志（NETLINK_NFLOG），ipsec安全策略（NETLINK_XFRM），SELinux事件通知（NETLINK_SELINUX），iSCSI子系统（NETLINK_ISCSI），进程审计（NETLINK_AUDIT），转发信息表查询（NETLINK_FIB_LOOKUP），netlinkconnector（NETLINK_CONNECTOR）,netfilter子系统（NETLINK_NETFILTER），IPv6防火墙（NETLINK_IP6_FW），DECnet路由信息（NETLINK_DNRTMSG），内核事件向用户态通知（NETLINK_KOBJECT_UEVENT），通用netlink（NETLINK_GENERIC）。

    Netlink是一种在内核与用户应用间进行双向数据传输的非常好的方式，用户态应用使用标准的socketAPI就可以使用netlink提供的强大功能，内核态需要使用专门的内核API来使用netlink。

Netlink相对于系统调用，ioctl以及/proc文件系统而言具有以下优点：

    1，为了使用netlink，用户仅需要在include/linux/netlink.h中增加一个新类型的netlink协议定义即可，如#defineNETLINK_MYTEST17然后，内核和用户态应用就可以立