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前面有一篇文章其实已经介绍过Netlink方面的知识,还有一个内核和用户空间之间的一个交互例子,这篇文章主要是更细节和基础的知识介绍!
Netlink 是一种特殊的 socket,它是 Linux 所特有的,由于传送的消息是暂存在socket接收缓存中,并不被接收者立即处理,所以netlink是一种异步通信机制。 系统调用和ioctl 则是同步通信机制。
用户空间进程可以通过标准socket API来实现消息的发送、接收,在Linux中,有很多用户空间和内核空间的交互都是通过Netlink机制完成的,在Linux3.0的内核版本中定义了下面的21个用于Netlink通信的宏,其中默认的最大值为32.我这里重点关注的是IPv6路由部分的通信过程。
在include/linux/`netlink.h文件中定义了下面的用于通信的宏!
用户态可以使用标准的socket APIs, socket(), bind(), sendmsg(), recvmsg() 和 close() 等函数就能很容易地使用 netlink socket,我们在用户空间可以直接通过socket函数来使用Netlink通信,例如可以通过下面的方式:
说明:第一个参数必须是 AF_NETLINK 或 PF_NETLINK,在 Linux 中,它们俩实际为一个东西,它表示要使用netlink,第二个参数必须是SOCK_RAW或SOCK_DGRAM, 第三个参数指定netlink协议类型,可以是自己在netlink.h中定义的,也可以是内核中已经定义好的。上面的例子使用主要是路由的Netlink协议。也可以是上面21中协议类型的其中之一。
NETLINK_GENERIC是一个通用的协议类型,它是专门为用户使用的,因此,用户可以直接使用它,而不必再添加新的协议类型。
对于每一个netlink协议类型,可以使用多播的概念,最多可以有 32个多播组,每一个多播组用一个位表示,netlink 的多播特性使得发送消息给同一个组仅需要一次系统调用,因而对于需要多播消息的应用而言,大大地降低了系统调用的次数。
下面介绍一下主要的数据结构:
说明:(1) sa_family_t nl_family;
一般为AF_NETLINK,
(2) unsigned short nl_pad;
字段 nl_pad 当前没有使用,因此要总是设置为 0,
(3)__u32 nl_pid;
绑定时用于指定绑定者的进程号,发送消息时用于指定接收进程号,如果希望内核处理多播消息,就把该字段设置为 0,否则设置为处理消息的进程 ID。传递给 bind 函数的地址的 nl_pid 字段应当设置为本进程的进程 ID,这相当于 netlink socket 的本地地址。但是,对于一个netlink socket 的情况,字段nl_pid 则可以设置为其它的值,如:
pthread_self() << 16 | getpid();
因此字段 nl_pid 实际上未必是进程 ID,它只是用于区分不同的接收者或发送者的一个标识,用户可以根据自己需要设置该字段。
(4) __u32 nl_groups;
绑定时用于指定绑定者所要加入的多播组,这样绑定者就可以接收多播消息,发送 消息时可以用于指定多播组,这样就可以将消息发给多个接收者。这里nl_groups 为32位的无符号整形,所以可以指定32个多播组,每个进程可以加入多个多播组, 因为多播组是通过“或”操作,如果设置为 0,表示调用者不加入任何多播组。这里就是Netlink多播的概念!和通信中的多播概念有点类似。
Netlink是一种内核层与应用层通信的一种机制,比如说在做一个内核模块的时候,往往会需要应用层提供一些配置信息,这时候就可以使用netlink。netlink包括内核层和应用层,内核层注册一个netlink协议,然后定义一些消息类型,之后就可以等待来自应用层的消息了。这篇博文给出一个简单的netlink内核模块使用例子,应用层会在接下来的博文中给出。
内核版本:3.4.39。 不同内核版本可能带来编译问题,可以升级内核来解决。升级3.4.39内核可以参考这一篇博客(https://blog.csdn.net/fuyuande/article/details/79429441)
netlink 内核端代码如下: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" static int number; 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 : log("kernel receive netlink set msg!\r\n"); value = (int *)NLMSG_DATA(nlh); number = *value; break; // 获取 case NLKERNEL_GET : log("kernel receive netlink get msg!\r\n"); 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) { int res; res = netlink_rcv_skb(skb, &netlink_kernel_rcv_msg); return; } // 模块入口函数 static int __init nlkernel_init(void) { log("nlkernel init \r\n"); // 注册netlink协议 nlsock = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST_MODULE, 0, netlink_kernel_rcv, NULL, THIS_MODULE); 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) { // 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");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
Makefile:
obj-m := nlkernel.o
PWD := $(shell pwd) KERNEL_DIR := "/usr/src/linux-headers-"$(shell uname -r)/ modules: @$(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules clean: @rm -rf *.ko *.o *.mod.c *symvers *order *cmd
代码托管在github 上:
git@github.com:FuYuanDe/nlnetlink.git
编译完成后加载模块查看效果:
insmod nlkernel.ko
dmesg
Linux下检测网卡与网线连接状态,使用ioctl向socket发送SIOCETHTOOL
命令字。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <linux/if.h> #include <linux/sockios.h> #include <linux/ethtool.h> int get_netlink_status(const char *if_name); int main() { if(getuid() != 0) { fprintf(stderr, "Netlink Status Check Need Root Power.\n"); return 1; } printf("Net link status: %d\n", get_netlink_status("eth0")); return 0; } // if_name like "ath0", "eth0". Notice: call this function // need root privilege. // return value: // -1 -- error , details can check errno // 1 -- interface link up // 0 -- interface link down. int get_netlink_status(const char *if_name) { int skfd; struct ifreq ifr; struct ethtool_value edata; edata.cmd = ETHTOOL_GLINK; edata.data = 0; memset(&ifr, 0, sizeof(ifr)); strncpy(ifr.ifr_name, if_name, sizeof(ifr.ifr_name) - 1); ifr.ifr_data = (char *) &edata; if (( skfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 )) < 0) return -1; if(ioctl( skfd, SIOCETHTOOL, &ifr ) == -1) { close(skfd); return -1; } close(skfd); return edata.data; } |
之前有一篇文章《》专门介绍了Netlink相比其他内核交互方式的优点以及Netlink的调用方法,并以NETLINK_KOBJECT_UEVENT(内核事件向用户态通知)为例演示了U盘热插拔信息的捕捉,衍生出另一篇文章《》,今天尝试用Netlink来捕捉一下网络接口信息,实现的主要功能是实时打印发生变化的网络接口的序列号、上下线状态和接口名称。
为了创建一个 netlink socket,用户需要使用如下参数调用 socket():
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