Linux中与内核通信的Netlink机制（实例）

Netlink在2.6版本的内核中变化也是很大的，在最新的2.6.37内核中，其定义已经改成下面这种形式，传递的参数已经达到6个。其中第一个参数和mutex参数都是最新添加的。Mutex也可以为空。这里主要是关于内核空间中的netlink函数的使用。

externstruct sock *netlink_kernel_create(struct net*net,                      int unit,unsignedint groups,                      void (*input)(struct sk_buff*skb),                      struct mutex *cb_mutex,                      struct module *module);

  structnet是一个网络名字空间namespace，在不同的名字空间里面可以有自己的转发信息库，有自己的一套net_device等等。默认情况下都是使用init_net这个全局变量，参数unit表示netlink协议类型，如NETLINK_MYTEST，参数input则为内核模块定义的netlink消息处理函数，当有消息到达这个netlinksocket时，该input函数指针就会被引用。

下面是内核中调用netlink_kernel_create()函数的一个示例。

在内核中，

audit_sock= netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_AUDIT, 0,                                       audit_receive,NULL, THIS_MODULE);

模块调用函数 netlink_unicast 来发送单播消息：

int netlink_unicast(struct sock *ssk,struct sk_buff *skb, u32 pid,int nonblock)

    参数ssk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 定时睡眠。

    netlink的内核实现在.c文件net/core/af_netlink.c中，内核模块要想使用netlink，也必须包含头文件linux/netlink.h。内核使用netlink需要专门的API，这完全不同于用户态应用对netlink的使用。如果用户需要增加新的netlink协议类型，必须通过修改linux/netlink.h来实现，当然，目前的netlink实现已经包含了一个通用的协议类型NETLINK_GENERIC以方便用户使用，用户可以直接使用它而不必增加新的协议类型。前面讲到，为了增加新的netlink协议类型，用户仅需增加如下定义到linux/netlink.h就可以：

只要增加这个定义之后，用户就可以在内核的任何地方引用该协议。

在内核中，为了创建一个netlink socket用户需要调用如下函数：

     函数input()会在用户发送进程执行sendmsg()时被调用，这样处理消息比较及时，但是，如果消息特别长时，这样处理将增加系统调用sendmsg()的执行时间，也就是说当用户的程序调用sendmsg()函数时，如果input（）函数处理时间过长，也就是说input()函数不执行不完，用户程序调用的sendmsg()函数就不会返回。只有当内核空间中的input()函数返回时，用户调用的sendmsg()函数才会返回。对于这种情况，可以定义一个内核线程专门负责消息接收，而函数input的工作只是唤醒该内核线程，这样sendmsg将很快返回。（这里网上的的说明）不过在查看Linux2.6.37版本的内核时并没有发现这种处理过程，一般都是按下面的方法进行处理。

这里注册的netlink协议为NETLINK_XFRM。

nlsk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_XFRM, XFRMNLGRP_MAX,                                  xfrm_netlink_rcv,NULL, THIS_MODULE);   static void xfrm_netlink_rcv(struct sk_buff*skb) {        mutex_lock(&xfrm_cfg_mutex);        netlink_rcv_skb(skb,&xfrm_user_rcv_msg);        mutex_unlock(&xfrm_cfg_mutex); } 在netlink_rcv_skb()函数中进行接收处理。   int netlink_broadcast(struct sock*ssk, struct sk_buff *skb, u32 pid,                     u32 group, gfp_t allocation)

    前面的三个参数与netlink_unicast相同，参数group为接收消息的多播组，该参数的每一个位代表一个多播组，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。

NETLINK_CB(skb).pid= 0; NETLINK_CB(skb).dst_pid= 0; NETLINK_CB(skb).dst_group= 1;

   字段pid表示消息发送者进程ID，也即源地址，对于内核，它为 0， dst_pid 表示消息接收者进程 ID，也即目标地址，如果目标为组或内核，它设置为 0，否则dst_group 表示目标组地址，如果它目标为某一进程或内核，dst_group 应当设置为 0。
   下面是参考网上使用netlink写的和内核通信的两个程序，一个是用户空间，一个是内核空间。
内核空间：

#include<linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/time.h> #include <linux/types.h> #include <net/sock.h> #include <net/netlink.h> #define NETLINK_TEST 25 #define MAX_MSGSIZE 1024 int stringlength(char*s); void sendnlmsg(char* message); int pid; int err; struct sock *nl_sk= NULL; int flag = 0; void sendnlmsg(char*message) {     struct sk_buff *skb_1;     struct nlmsghdr *nlh;     int len = NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE);     int slen = 0;     if(!message|| !nl_sk)     {         return ;     }     skb_1 = alloc_skb(len,GFP_KERNEL);     if(!skb_1)     {         printk(KERN_ERR "my_net_link:alloc_skb_1 error\n");     }     slen = stringlength(message);     nlh = nlmsg_put(skb_1,0,0,0,MAX_MSGSIZE,0);     NETLINK_CB(skb_1).pid= 0;     NETLINK_CB(skb_1).dst_group= 0;      message[slen]='\0';     memcpy(NLMSG_DATA(nlh),message,slen+1);     printk("my_net_link:send message '%s'.\n",(char*)NLMSG_DATA(nlh));     netlink_unicast(nl_sk,skb_1,pid,MSG_DONTWAIT);／／ｐｉｄ＝接受进程ｉｄ，ｓｋｂ_1包含消息 } int stringlength(char*s) {     int slen = 0;     for(;*s; s++){         slen++;     }     return slen; } void nl_data_ready(struct sk_buff*__skb)  {      struct sk_buff *skb;      struct nlmsghdr *nlh;      char str[100];     struct completion cmpl;     int i=10;      skb = skb_get (__skb);      if(skb->len>= NLMSG_SPACE(0))      {          nlh = nlmsg_hdr(skb);          memcpy(str, NLMSG_DATA(nlh),sizeof(str));            printk("Message received:%s\n",str);              pid = nlh->nlmsg_pid;     while(i--)     {         init_completion(&cmpl);      wait_for_completion_timeout(&cmpl,3* HZ);         sendnlmsg("I am from kernel!");     }         flag = 1;          kfree_skb(skb);     }  } // Initialize netlink int netlink_init(void) {     nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST, 1,                                  nl_data_ready,NULL, THIS_MODULE);／／创建ｓｏｃｋｅｔ     if(!nl_sk){         printk(KERN_ERR "my_net_link: create netlink socket error.\n");         return 1;     }     printk("my_net_link_3: create netlink socket ok.\n");     return 0; } static void netlink_exit(void) {     if(nl_sk != NULL){         sock_release(nl_sk->sk_socket);     }     printk("my_net_link: self module exited\n"); } module_init(netlink_init); module_exit(netlink_exit); MODULE_AUTHOR("frankzfz"); MODULE_LICENSE("GPL");

下面是用户空间的程序：

#include<sys/stat.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <string.h> #include <asm/types.h> #include <linux/netlink.h> #include <linux/socket.h> #include <errno.h> #define NETLINK_TEST 25 #define MAX_PAYLOAD 1024// maximum payload size int main(int argc,char* argv[]) {     int state;     struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;     struct nlmsghdr *nlh= NULL;     struct iovec iov;     struct msghdr msg;     int sock_fd, retval;     int state_smg = 0;     // Create a socket     sock_fd = socket(AF_NETLINK,SOCK_RAW, NETLINK_TEST);     if(sock_fd == -1){         printf("error getting socket: %s",strerror(errno));         return -1;     }     // To prepare binding     memset(&msg,0,sizeof(msg));     memset(&src_addr, 0,sizeof(src_addr));     src_addr.nl_family = AF_NETLINK;     src_addr.nl_pid = getpid();// self pid     src_addr.nl_groups = 0; // multi cast     retval = bind(sock_fd,(struct sockaddr*)&src_addr,sizeof(src_addr));     if(retval < 0){         printf("bind failed: %s",strerror(errno));         close(sock_fd);         return -1;     }     // To prepare recvmsg     nlh = (struct nlmsghdr*)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));     if(!nlh){         printf("malloc nlmsghdr error!\n");         close(sock_fd);         return -1;     }     memset(&dest_addr,0,sizeof(dest_addr));     dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;     dest_addr.nl_pid = 0;     dest_addr.nl_groups = 0;     nlh->nlmsg_len= NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);     nlh->nlmsg_pid= getpid();     nlh->nlmsg_flags= 0;     strcpy(NLMSG_DATA(nlh),"Hello you!");     iov.iov_base =(void *)nlh;    iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);     // iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;     memset(&msg, 0,sizeof(msg));        msg.msg_name =(void *)&dest_addr;     msg.msg_namelen =sizeof(dest_addr);     msg.msg_iov =&iov;     msg.msg_iovlen = 1;     printf("state_smg\n");     state_smg = sendmsg(sock_fd,&msg,0);／／发送消息     if(state_smg== -1)     {         printf("get error sendmsg = %s\n",strerror(errno));     }     memset(nlh,0,NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));     printf("waiting received!\n");     // Read message from kernel     while(1){         printf("In while recvmsg\n");         state = recvmsg(sock_fd,&msg, 0);／／接受消息         if(state<0)         {             printf("state<1");         }         printf("In while\n");         printf("Received message: %s\n",(char*) NLMSG_DATA(nlh));     }     close(sock_fd);     return 0; }

下面是Makefile文件：

obj-m:= netlink_k.o KERNELBUILD := /lib/modules/`uname-r`/build default:     @echo "BUILE Kmod"     @make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules     gcc -o netlink_2 netlink_2.c clean:     @echo " CLEAN kmod"     @rm -rf *.o     @rm -rf .depend.*.cmd*.ko *.mod.c .tmp_versions *.symvers.*.d

其中，netlink_k.c为内核的空间的程序。
    先运行内核代码netlink_k.ko，也就是在执行完makefile文件后，会生成一个netlink_k.ko文件，可以使用下面的命令进行安装，insmod netlink_k.ko，使用lsmod查看，当安装成功后，然后，执行./netlink用户空间程序，可以在另一个终端下执行dmesg命令，查看内核通信的情况。这里netlink程序向内核空间发送一个hello you！内核返回给一个I am from kernel!在这里使用了一个定时器，也就是每3秒中发送一次I am from kernel!只有内核把10个字符串全部发送完毕后，用户空间的sendmsg()才会返回，也就是在用户空间的netlink才会输出内核空间发送过来的数据，这里只有一个简单的程序，并没有什么实际的意义，因为，正如前面所说的一般情况下不会在回调函数中处理太多的东西，以免sendmsg()函数返回不及时。下面是使用dmesg命令输出的信息。

[873791.498039] my_net_link_3: create netlinksocket ok. [873810.263676] Message received:Hello [873813.260848] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873816.260821] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873819.260860] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873822.260762] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873825.260883] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873828.260669] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873831.260714] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873834.260683] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873837.260666] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'. [873840.260632] my_net_link_4:send message'I am from kernel!'.