netlink原理及应用

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已于 2024-03-01 11:26:23 修改 · 3.3k 阅读

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#linux kernel #netlink #nl80211 #socket

于 2024-03-01 11:00:09 首次发布

本文详细介绍了netlink，一种基于网络的通信机制，它在内核与用户态应用间提供高效通信。文章探讨了netlink的优势、数据结构、内核核心函数，以及如何在内核中创建和使用netlinksocket，以及如何扩展自定义netlink协议，以nl80211为例。

什么是netlink

netlink是一种基于网络的通信机制，允许内核内部、内核与用户态应用之间甚至用户态应用之间进行通信；netlink的主要作用是内核与用户态之间通信；它的思想是，基于BSD的socket使用网络框架在内核和用户态之间进行通信；

为什么要有netlink

内核中有其他一些方法可以实现用户空间和内核通信，如procfs、sysfs和ioctrl等；netlink相比于这些方法，有以下优势：

任何一方都不需要轮询；如果通过文件通信，用户态应用需要不断检查是否有新消息到达；
netlink使用简单，它是基于socket的，可以使用socket api；
只需要在netlink协议族中新增加一个协议；使用netlink的内核部分可以采用模块的方式实现，之后使用socket api进行通信；
内核可以直接向用户层发送信息，而无需用户层事先请求；
netlink支持单播、组播；内核模块可以把消息发送到一个多播组；

数据结构

struct sockaddr_nl

netlink是基于网络的，使用socket通信；类似于其它网络协议，每个netlink socket都需要分配一个地址；struct sockaddr_nl表示netlink地址；

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 */
};

nl_family，固定为AF_NETLINK，表示netlink协议族；

netlink协议族包含多个协议，最大值32；理论上32以内未被占用的协议号，可以用于自定义netlink协议，但这种方法并不规范，对于未来更新内核版本兼容性不友好；更加合适的方法，是在generic netlink协议族中，添加子协议，如nl80211就是generic netlink的一个子协议；

#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 */

#define NETLINK_INET_DIAG	NETLINK_SOCK_DIAG

#define MAX_LINKS 32

nl_pid，socket的唯一标识符；对内核自身来说，该字段是0，而用户空间的应用程序通常使用其线程组ID；netlink并没有要求该字段是进程ID，它可以是任何值，只需要保证其唯一性；使用线程组ID不过是方便而已；nl_pid是一个单播地址；
nl_groups，多播组掩码，每个bit表示一个多播组；每个netlink协议族最多支持32个多播组；

netlink内核核心函数

netlink_kernel_create

内核创建netlink socket；

static inline struct sock *
netlink_kernel_create(struct net *net, int unit, struct netlink_kernel_cfg *cfg)
{
   
   
	return __netlink_kernel_create(net, unit, THIS_MODULE, cfg);
}

net，表示网络命令空间；
uint，表示netlink子协议族，如：

#define NETLINK_ROUTE		0	/* Routing/device hook				*/
#define NETLINK_GENERIC		16

cfg，netlink kernel创建socket的可选参数；其中，input是该内核netlink模块收到消息后的处理函数；

/* optional Netlink kernel configuration parameters */
struct netlink_kernel_cfg {
   
   
	unsigned int	groups;
	unsigned int	flags;
	void		(*input)(struct sk_buff *skb);
	struct mutex	*cb_mutex