Linux 的 netlink 是一种内核与用户空间进程之间的通信机制，它允许用户空间程序接收来自内核的通知，或者向内核发送请求。netlink 是一种特殊的 socket 类型，它提供了比传统的系统调用（如 ioctl）更强大和灵活的接口，用于内核和用户空间之间的通信。
主要特点
- 双向通信：
netlink支持从内核到用户空间的消息传递，也支持从用户空间到内核的消息传递。 - 异步通知：内核可以主动向用户空间发送消息，而不需要用户空间程序轮询。
- 类型化消息：
netlink消息是类型化的，这允许内核和用户空间程序对消息进行明确的解析和处理。 - 多播：一个
netlinksocket 可以配置为多播，这样多个用户空间程序可以监听来自内核的相同消息。
使用场景
- 路由和网络配置：
netlink被广泛用于路由和网络设备的配置和状态监控。 - 防火墙和网络安全：通过
netlink，用户空间程序可以接收来自内核的网络安全事件，并作出相应处理。 - 文件系统监控：某些文件系统（如
inotify）使用netlink来向用户空间报告文件系统的变化。 - 内核模块和用户空间程序的交互：
netlink提供了一种机制，允许内核模块和用户空间程序进行复杂的交互。
编程接口
在 Linux 用户空间中，netlink 编程通常涉及以下几个步骤：
- 创建 socket：使用
socket()函数创建一个AF_NETLINK类型的 socket。 - 绑定 socket：使用
bind()函数将 socket 绑定到一个特定的netlink协议族（也称为netlink组）。 - 发送和接收消息：使用
sendmsg()和recvmsg()函数发送和接收消息。 - 关闭 socket：使用
close()函数关闭 socket。
在内核中，netlink 的实现涉及注册 netlink 协议族、处理消息接收和发送等。
示例
由于 netlink 编程涉及复杂的内核和用户空间交互，这里不直接给出代码示例。但是，你可以通过查看 Linux 内核源代码中的 netlink 相关部分，以及用户空间工具（如 iproute2）的源代码，来了解 netlink 的具体使用方式。
$ cat nlkernel.c
/*
* Description : 内核netlink编程
* Date ：20180528
* Author ：mason
* Mail : mrsonko@126.com
*
*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/netfilter.h>
#include <linux/netfilter_ipv4.h>
#include <net/ip.h>
#include "nlkernel.h"
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kthread.h>
static struct task_struct *my_kthread;
static int gDstPid = 0;
static void netlink_sendto_userapp(unsigned int dst_pid);
static int my_kthread_fn(void *data)
{
int count = 0;
while (!kthread_should_stop()) {
// 假设这里有某种“接收消息”的逻辑
// 这里只是简单地打印消息
printk(KERN_INFO "My kernel thread is running, dstPid:%d\n", gDstPid);
if(gDstPid != 0){
netlink_sendto_userapp(gDstPid);
}
// 休眠一段时间
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule_timeout(HZ); // 休眠1秒
count++;
}
return 0;
}
static int number = 0;
static struct sock *nlsock = NULL; // netlink 套接字
// netlink消息回复，用于向应用层传递数据
static void netlink_sendto_userapp(unsigned int dst_pid) {
struct sk_buff *skb = NULL;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
int datalen;
int *pnum;
datalen = NLMSG_SPACE(sizeof(int));
skb = alloc_skb(datalen, GFP_KERNEL);
if(!skb)
{
log("alloc skb error.\r\n");
return ;
}
// 数据初始化
nlh = nlmsg_put(skb, 0, 0, 0, sizeof(int), 0);
nlh->nlmsg_pid = 0;
nlh->nlmsg_type = NLKERNEL_GET;
pnum = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
*pnum = number++;
netlink_unicast(nlsock, skb, dst_pid, MSG_DONTWAIT);
log("netlink send done \r\n");
return;
}
/* netlink消息处理函数 */
static int netlink_kernel_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
{
int *value = NULL;
switch(nlh->nlmsg_type){
// 设置
case NLKERNEL_SET :
gDstPid = nlh->nlmsg_pid;
log("kernel receive netlink set msg! dstPid:%d\r\n", gDstPid);
value = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
number = *value;
break;
// 获取
case NLKERNEL_GET :
gDstPid = nlh->nlmsg_pid;
log("kernel receive netlink get msg! dstPid:%d\r\n", gDstPid);
netlink_sendto_userapp(nlh->nlmsg_pid);
break;
default:
log("unrecognized netlink message type : %u \r\n",nlh->nlmsg_type);
break;
}
return 0;
}
static void netlink_kernel_rcv(struct sk_buff *skb)
{
netlink_kernel_rcv_msg(skb, nlmsg_hdr(skb));
}
// 模块入口函数
static int __init nlkernel_init(void) {
log("nlkernel init \r\n");
my_kthread = kthread_run(my_kthread_fn, NULL, "my_kthread");
if (IS_ERR(my_kthread)) {
printk(KERN_ERR "Failed to create kernel thread\n");
return PTR_ERR(my_kthread);
}
// 注册netlink协议
struct netlink_kernel_cfg cfg = {
.groups = 0,
.input = netlink_kernel_rcv,
};
nlsock = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST_MODULE, &cfg);
if (!nlsock) {
log("netlink module init fail \r\n");
return -1;
}
return 0;
}
// 模块退出函数
static void __exit nlkernel_exit(void) {
kthread_stop(my_kthread);
printk(KERN_INFO "My kernel thread has been stopped\n");
// 注销netlink协议
if(nlsock)
{
netlink_kernel_release(nlsock);
nlsock = NULL;
}
log("nlkernel exit \r\n");
return ;
}
module_init(nlkernel_init)
module_exit(nlkernel_exit)
MODULE_AUTHOR("mason");
MODULE_DESCRIPTION("netlink kernel test");
MODULE_LICENSE("GPL");
wmd@iZuf618w2ovmzml9l4vleyZ:~/work/code/demo$ cat nlkernel.h
#ifndef __NLKERNEL_H__
#define __NLKERNEL_H__
#define log(fmt, arg...) printk(KERN_INFO"[bfd] %s:%d "fmt, __FUNCTION__, __LINE__, ##arg)
#ifndef NIPQUAD
#define NIPQUAD(addr) \
((unsigned char *)&addr)[0], \
((unsigned char *)&addr)[1], \
((unsigned char *)&addr)[2], \
((unsigned char *)&addr)[3]
#endif
#define NETLINK_TEST_MODULE 17 /* 定义 netlink 协议， */
typedef enum netlink_msg_type { /* 定义 netlink 消息类型 */
NLKERNEL_GET = NLMSG_MIN_TYPE +1, /* value : 17 */
NLKERNEL_SET, /* value : 18 */
NLKERNEL_END,
}NETLINK_MSG_TYPE;
#endif
wmd@iZuf618w2ovmzml9l4vleyZ:~/work/code/demo$ cat Makefile
obj-m += nlkernel.o
all:
make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
wmd@iZuf618w2ovmzml9l4vleyZ:~/work/code/demo$ cat demo.c
/*
* Description : 应用层netlink编程
* Date ：20180529
* Author ：mason
* Mail : mrsonko@126.com
*
*/
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "demo.h"
void main() {
int nlfd;
int *value;
int opt, arg;
unsigned int len;
struct iovec iov[1];
struct msghdr msg;
struct sockaddr_nl src, dst;
struct nlmsghdr *nlh, *nlh1, *nlh2 = NULL;
// 创建netlink套接字
nlfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_TEST_MODULE);
if (nlfd == -1) {
log("create netlink socket fail\n");
return;
}
memset(&src, 0, sizeof(struct sockaddr_nl));
memset(&dst, 0, sizeof(struct sockaddr_nl));
memset(&msg, 0, sizeof(struct msghdr));
// 设置本地地址
src.nl_family = AF_NETLINK;
src.nl_pid = getpid();
src.nl_groups = 0;
// 设置内核netlink地址
dst.nl_family = AF_NETLINK;
dst.nl_pid = 0;
dst.nl_groups = 0;
// 绑定本地地址
bind(nlfd, (struct sockaddr*)&src, sizeof(struct sockaddr_nl));
// 申请netlink消息头域
nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(int));
arg = 1;
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(sizeof(int)));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(sizeof(int));
// 设置netlink 应用层的pid
nlh->nlmsg_pid = getpid();
// 设置消息类型
nlh->nlmsg_type = NLKERNEL_SET;
// 设置标志位
nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST;
// 填充发送消息结构体
iov[0].iov_base = (void *)nlh;
iov[0].iov_len = nlh->nlmsg_len;
value = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
*value = arg;
msg.msg_name = (void *)&dst;
msg.msg_namelen = sizeof(struct sockaddr_nl);
msg.msg_iov = &iov[0];
msg.msg_iovlen = 1;
// 发送netlink 消息给内核
sendmsg(nlfd, &msg, 0);
log("send set init msg to kernel success \n\n");
while(1)
{
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(sizeof(int)));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(sizeof(int));
iov[0].iov_base = (void *)nlh;
iov[0].iov_len = nlh->nlmsg_len;
msg.msg_iov = &iov[0];
msg.msg_iovlen = 1;
// 接收netlink内核端消息
len = recvmsg(nlfd, &msg, 0);
value = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
log("kernel return : %d \r\n\n", *value);
}
while(1) {
log("input option :\n"
"1 : set \n"
"2 : get \n"
"default : quit\n");
scanf("%d", &opt);
switch (opt) {
// set
case 1 :
log("input value to set:");
scanf("%d", &arg);
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(sizeof(int)));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(sizeof(int));
// 设置netlink 应用层的pid
nlh->nlmsg_pid = getpid();
// 设置消息类型
nlh->nlmsg_type = NLKERNEL_SET;
// 设置标志位
nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST;
// 填充发送消息结构体
iov[0].iov_base = (void *)nlh;
iov[0].iov_len = nlh->nlmsg_len;
value = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
*value = arg;
msg.msg_name = (void *)&dst;
msg.msg_namelen = sizeof(struct sockaddr_nl);
msg.msg_iov = &iov[0];
msg.msg_iovlen = 1;
// 发送netlink 消息给内核
sendmsg(nlfd, &msg, 0);
log("send set msg to kernel success \n\n");
break;
// get
case 2 :
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(int));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(int);
nlh->nlmsg_pid = getpid();
// 设置netlink消息类型
nlh->nlmsg_type = NLKERNEL_GET;
nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST;
iov[0].iov_base = (void *)nlh;
iov[0].iov_len = nlh->nlmsg_len;
msg.msg_name = (void *)&dst;
msg.msg_namelen = sizeof(struct sockaddr_nl);
msg.msg_iov = &iov[0];
msg.msg_iovlen = 1;
// 发送消息
log("send get msg to kernel success \n");
sendmsg(nlfd, &msg, 0);
memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(sizeof(int)));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(sizeof(int));
iov[0].iov_base = (void *)nlh;
iov[0].iov_len = nlh->nlmsg_len;
msg.msg_iov = &iov[0];
msg.msg_iovlen = 1;
// 接收netlink内核端消息
len = recvmsg(nlfd, &msg, 0);
value = (int *)NLMSG_DATA(nlh);
log("kernel return : %d \r\n\n", *value);
break;
default :
goto end;
}
}
end:
close(nlfd);
if (nlh)
free(nlh);
return ;
}
$ cat demo.h
#ifndef _NLCLIENT_H
#define _NLCLIENT_H
#define log(fmt,arg...) \
printf("[nlclient] "fmt,##arg)
#define NETLINK_TEST_MODULE 17 /* 抓包 netlink 协议 */
typedef enum netlink_msg_type {
NLKERNEL_GET = NLMSG_MIN_TYPE +1, /* value : 17 */
NLKERNEL_SET, /* value : 18 */
NLKERNEL_END,
}NETLINK_MSG_TYPE;
#endif
结论
netlink 是 Linux 系统中一种强大的内核与用户空间通信机制，它提供了丰富的功能和灵活性，被广泛应用于网络、文件系统、安全等多个领域。通过学习和掌握 netlink 编程，你可以开发出更加高效和强大的系统级应用程序。