netlink使用方法

最新推荐文章于 2024-05-23 09:52:27 发布
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#数据结构与算法 #网络

本文详细介绍Linux 2.6.28内核版本中Netlink的使用方法，包括内核与用户态之间的消息传递流程，涉及的主要数据结构及函数，如netlink_kernel_create、sendmsg等，并解释了如何创建和发送Netlink消息。
AI助手已提取文章相关产品：

测试环境：2.6.28

Netlink在2.6内核的不同版本中发生了很大变化，具体请参考（注意其中的版本号不一定确切）：

http://blog.youkuaiyun.com/sealyao/archive/2009/10/02/4628141.aspx

0. 综述

以下程序基本流程如下：

运行netlink内核模块；

运行用户态程序，向内核发送连接消息，通知内核自身进程id；

内核接收用户消息，记录其进程id；

内核向用户进程id发送netlink消息；

用户接收内核发送的netlink消息。

1. 内核部分

1.1 相关的数据结构变量：

  1. 44//---------Thesearefornetlink---------//
  2. 45#defineNETLINK_REALNET26
  3. 46structsock*g_nl_sk=NULL;
  4. 48structsockaddr_nlsrc_addr,dest_addr;
  5. 50structioveciov;
  6. 52intpid;
  7. 53structmsghdrmsg;
  8. 55//-----------------------------------------//

  1. 45#defineNETLINK_REALNET26

定义协议族。该变量在netlink_kernel_create函数中使用。

在2.6.28内核中netlink定义了20个协议，每个协议使用唯一整数标识。用户程序可以定义任意20个协议以外的协议，用唯一整数标识。

  1. 46structsock*g_nl_sk=NULL;

sock数据结构，唯一标识netlink使用的sock，与普通socket编程中sock类似。

  1. 48structsockaddr_nlsrc_addr,dest_addr;

标识netlink sock的源地址和目的地址。

  1. 50structioveciov;

接收发送netlink数据使用的数据结构。

  1. 53structmsghdrmsg;

netlink消息头。

1.2 调用过程

1.2.1 创建netlink socket

  1. g_nl_sk=netlink_kernel_create(&init_net,NETLINK_REALNET,0,nl_data_ready,NULL,THIS_MODULE);

1.2.2 实现回调函数nl_data_ready

以下回调函数在netlink接收到完整的NETLINK_REALNET协议的数据包时由系统调用。该函数接收并判断netlink消息，如果第一个字符为H，则保存该消息发出者的进程号，用以向该进程发送数据包；相同，如果为E，则清除与该进程的联系。

  1. 185voidnl_data_ready(structsk_buff*__skb)
  2. 186{
  3. 187structsk_buff*skb;
  4. 188structnlmsghdr*nlh;
  5. 189charstr[100];
  6. 190
  7. 191skb=skb_get(__skb);
  8. 192
  9. 193if(skb->len>=NLMSG_SPACE(0))
  10. 194{
  11. 195nlh=nlmsg_hdr(skb);
  12. 196
  13. 197memcpy(str,NLMSG_DATA(nlh),sizeof(str));
  14. 198//DbgPrint("Messagereceived:%s/n",str);
  15. 199
  16. 200//HstandsforHellomessage.
  17. 201if(str[0]=='H')
  18. 202{
  19. 203pid=nlh->nlmsg_pid;
  20. 204u_connected=1;
  21. 205//sendnlmsg("Helloreply.");
  22. 206}
  23. 207//EstandsforExitmessage
  24. 208elseif(str[0]=='E')
  25. 209{
  26. 210u_connected=0;
  27. 211pid=0;
  28. 212}
  29. 213kfree_skb(skb);
  30. 214}
  31. 215}

  1. 191skb=skb_get(__skb);

获取实际数据包。

该函数的参数为netlink数据包的首地址，而sk_buff为网络协议栈使用的数据结构，两者存在细微差别。

  1. 195nlh=nlmsg_hdr(skb);

获取netlink数据包中netlink header的起始地址。

  1. 197memcpy(str,NLMSG_DATA(nlh),sizeof(str));

将netlink数据包的数据区拷贝到str中。NLMSG_DATA(nlh)返回数据区地址。相关宏定义参考：

http://blog.youkuaiyun.com/wangjingfei/archive/2010/02/04/5288263.aspx

  1. 213kfree_skb(skb);

释放接收到的消息。

1.2.3 向用户进程发送netlink消息

以下函数的参数为netfilter捕捉到的sk_buff结构的数据包，目的是将该包通过netlink发送到用户态进程。

  1. 247voidsend_to_user(structsk_buff*skb)
  2. 248{
  3. 249structiphdr*iph;
  4. 250structethhdr*ehdr;
  5. 251
  6. 252structnlmsghdr*nlh;
  7. 253
  8. 254structsk_buff*nl_skb;
  9. 255
  10. 256//DbgPrint("Sendpackagestouser/n");
  11. 257
  12. 258if(skb==NULL)
  13. 259{
  14. 260return;
  15. 261}
  16. 262if(!g_nl_sk)
  17. 263{
  18. 264return;
  19. 265}
  20. 266if(pid==0)
  21. 267{
  22. 268return;
  23. 269}
  24. 270
  25. 271nl_skb=alloc_skb(NLMSG_SPACE(1514),GFP_ATOMIC);
  26. 272//nl_skb=alloc_skb(NLMSG_SPACE(0),GFP_ATOMIC);
  27. 273if(nl_skb==NULL)
  28. 274{
  29. 275//allocatefailed.
  30. 276return;
  31. 277}
  32. 278
  33. 279ehdr=eth_hdr(skb);
  34. 280iph=ip_hdr(skb);
  35. 281
  36. 282nlh=nlmsg_put(nl_skb,0,0,0,NLMSG_SPACE(1514)-sizeof(structnlmsghdr),0);
  37. 283NETLINK_CB(nl_skb).pid=0;
  38. 284
  39. 285//DbgPrint("Datalength:%d,len=%d/n",htons(iph->tot_len)+ETH_HLEN,NLMSG_SPACE(1514));
  40. 286
  41. 287//Copydatatonlh
  42. 288memcpy(NLMSG_DATA(nlh),(char*)ehdr,htons(iph->tot_len)+ETH_HLEN);
  43. 289
  44. 290netlink_unicast(g_nl_sk,nl_skb,pid,MSG_DONTWAIT);
  45. 291}

  1. 247voidsend_to_user(structsk_buff*skb)

参数skb为netfilter捕捉到的数据包，不是netlink数据包。这里作为netlink的数据传输。

  1. 271nl_skb=alloc_skb(NLMSG_SPACE(1514),GFP_ATOMIC);

为发送数据包申请空间。空间数据区大小为1514，即最大ethernet数据包长度。NLMSG_SPACE(1514)返回数据区大小为1514的netlink数据包的大小。详细参考：

http://blog.youkuaiyun.com/wangjingfei/archive/2010/02/04/5288263.aspx

  1. 282nlh=nlmsg_put(nl_skb,0,0,0,NLMSG_SPACE(1514)-sizeof(structnlmsghdr),0);

填充netlink数据包头。

  1. 283NETLINK_CB(nl_skb).pid=0;

确定发送数据包的进程号，0表示内核进程。该处宏定义同样参考：

http://blog.youkuaiyun.com/wangjingfei/archive/2010/02/04/5288263.aspx

  1. 290netlink_unicast(g_nl_sk,nl_skb,pid,MSG_DONTWAIT);

通过非阻塞方式发送数据包。注意：在发送完数据包之后，nl_skb指向的数据空间将被清空，下一次发送数据包必须重新调用alloc_skb分配空间，否则将会造成内核崩溃，必须重新启动。

1.2.4 释放netlink socket

使用完成netlink之后，必须要调用sock_release，否则

  1. 45#defineNETLINK_REALNET26

指定的协议编号将不再可用。代码如下：

  1. 239voiddestory_netlink(void)
  2. 240{
  3. 241if(g_nl_sk!=NULL)
  4. 242{
  5. 243sock_release(g_nl_sk->sk_socket);
  6. 244}
  7. 245}

2. 用户态程序

2.1 相关数据结构

  1. 28//----------------ForNetlink--------------//
  2. 29structsockaddr_nlnl_src_addr,nl_dest_addr;
  3. 30structnlmsghdr*nlh=NULL;
  4. 31structioveciov;
  5. 32intnl_fd;
  6. 33structmsghdrnl_msg;
  7. 34//-------------------------------------------//

与内核态数据结构类似，不再赘述。

2.2 运行过程

2.2.1 初始化netlink

  1. 114voidinit_nl()
  2. 115{
  3. 116nl_fd=socket(PF_NETLINK,SOCK_RAW,NETLINK_REALNET);
  4. 117memset(&nl_msg,0,sizeof(nl_msg));
  5. 118memset(&nl_src_addr,0,sizeof(nl_src_addr));
  6. 119nl_src_addr.nl_family=AF_NETLINK;
  7. 120nl_src_addr.nl_pid=getpid();
  8. 121nl_src_addr.nl_groups=0;
  9. 122
  10. 123bind(nl_fd,(structsockaddr*)&nl_src_addr,sizeof(nl_src_addr));
  11. 124memset(&nl_dest_addr,0,sizeof(nl_dest_addr));
  12. 125nl_dest_addr.nl_family=AF_NETLINK;
  13. 126nl_dest_addr.nl_pid=0;/*ForLinuxKernel*/
  14. 127nl_dest_addr.nl_groups=0;/*unicast*/
  15. 128
  16. 129sendnlmsg("H");
  17. 130
  18. 131memset(nlh,0,NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
  19. 132}

  1. 116nl_fd=socket(PF_NETLINK,SOCK_RAW,NETLINK_REALNET);

创建用户netlink socket，与普通socket创建方法相同，协议族为PF_NETLINK，协议类型为用户自定义的NETLINK_REALNET，与内核态定义相同。

  1. 117memset(&nl_msg,0,sizeof(nl_msg));

清空netlink数据包。

  1. 118-127行

与普通socket的初始化类似，如果不熟悉可以参考有关socket编程。需要注意的是nl_src_addr的数据结构与普通socket有些不同。

  1. 129sendnlmsg("H");

向内核进程发送Hello消息，通知内核其进程id。

2.2.2 向内核发送消息

以下函数创建并发送netlink消息到内核进程。

  1. 36voidsendnlmsg(constchar*message)
  2. 37{
  3. 38printf("Sending:%s/n",message);
  4. 39nlh=(structnlmsghdr*)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
  5. 40nlh->nlmsg_len=NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
  6. 41nlh->nlmsg_pid=getpid();
  7. 42nlh->nlmsg_flags=0;
  8. 43
  9. 44strcpy((char*)NLMSG_DATA(nlh),message);
  10. 45
  11. 46iov.iov_base=(void*)nlh;
  12. 47iov.iov_len=nlh->nlmsg_len;
  13. 48nl_msg.msg_name=(void*)&nl_dest_addr;
  14. 49nl_msg.msg_namelen=sizeof(nl_dest_addr);
  15. 50nl_msg.msg_iov=&iov;
  16. 51nl_msg.msg_iovlen=1;
  17. 52
  18. 53printf("Starttosendmessage.");
  19. 54sendmsg(nl_fd,&nl_msg,0);
  20. 55printf("Sendingfinishes./n");
  21. 56}

  1. 39nlh=(structnlmsghdr*)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));

为netlink header分配存储空间，MAX_PAYLOAD由用户定义，为发送（用户）数据的最大长度。

  1. 40-51行

指定netlink相关的参数，准备发送消息。

  1. 54sendmsg(nl_fd,&nl_msg,0);

发送netlink数据包到内核进程，与普通socket中的sendmsg消息用法相同，最后一个参数0表示非阻塞模式。详细参考socket编程。

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