linux下用户程序同内核通信实例一（netlink）

linux下用户程序同内核通信的方式一般有ioctl， proc文件系统，剩下一个就是Netlink套接字了。 这里先介绍下netlink。

先抄一段前辈对这几种通信方式的比较：

传送门http://blog.csdn.net/tqyou85/article/details/3939931

Netlink 是一种在内核与用户应用间进行双向数据传输的非常好的方式，用户态应用使用标准的 socket API 就可以使用 netlink 提供的强大功能，内核态需要使用专门的内核 API 来使用 netlink。

Netlink 相对于系统调用，ioctl 以及 /proc 文件系统而言具有以下优点：

1，为了使用 netlink，用户仅需要在 include/linux/netlink.h 中增加一个新类型的 netlink 协议定义即可， 如 #define NETLINK_MYTEST 17 然后，内核和用户态应用就可以立即通过 socket API 使用该 netlink 协议类型进行数据交换。但系统调用需要增加新的系统调用，ioctl 则需要增加设备或文件， 那需要不少代码，proc 文件系统则需要在 /proc 下添加新的文件或目录，那将使本来就混乱的 /proc 更加混乱。

2. netlink是一种异步通信机制，在内核与用户态应用之间传递的消息保存在socket缓存队列中，发送消息只是把消息保存在接收者的socket的接 收队列，而不需要等待接收者收到消息，但系统调用与 ioctl 则是同步通信机制，如果传递的数据太长，将影响调度粒度。

3．使用 netlink 的内核部分可以采用模块的方式实现，使用 netlink 的应用部分和内核部分没有编译时依赖，但系统调用就有依赖，而且新的系统调用的实现必须静态地连接到内核中，它无法在模块中实现，使用新系统调用的应用在编译时需要依赖内核。

4．netlink 支持多播，内核模块或应用可以把消息多播给一个netlink组，属于该neilink 组的任何内核模块或应用都能接收到该消息，内核事件向用户态的通知机制就使用了这一特性，任何对内核事件感兴趣的应用都能收到该子系统发送的内核事件，在 后面的文章中将介绍这一机制的使用。

5．内核可以使用 netlink 首先发起会话，但系统调用和 ioctl 只能由用户应用发起调用。

6．netlink 使用标准的 socket API，因此很容易使用，但系统调用和 ioctl则需要专门的培训才能使用。

下面这两部分代码主要的目的是用netlink机制实现用户程序和内核的通信。 具体就是用户程序执行./netlink -S [我是参数] 或./netlink -G 时，内核会返回"S know you!" 和“I know you!” 这两种字符串， 然后输出。 内核和用户程序均加有打印。

一、内核模块

1. Makefile依赖的编译规则 ruler.dir

PWD := $(shell pwd)all: modules romfsmodules:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules@echo $(OBJ)modules_install:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules_installromfs:cp -rf *.ko $(MODULES_BUILD_DIR)clean:rm *.o *.ko *.mod.* Module.* modules.* rm -rf $(MODULES_BUILD_DIR)obj-m := $(MOD_NAME).o

2.Makefile

KERNEL_MODULES := netlinkexport MODULES_ROOT_DIR := $(shell pwd)export MODULES_BUILD_DIR := $(MODULES_ROOT_DIR)/buildexport KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build #这行是为了取出系统下内核的目录(ubuntu)all: init modules romfsinit:mkdir -p $(MODULES_BUILD_DIR)modules:$(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES))$(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES)):@echo@echo Building $(patsubst _dir_%, %, $@)$(MAKE) -C $(patsubst _dir_%, %, $@) allromfs: $(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES))$(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES)):$(MAKE) -C $(patsubst _romfs_%, %, $@) romfsclean: $(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES))$(RM) $(BUILD_DIR)$(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES)):@echo@echo Cleaning $(patsubst _dir_%, %, $@)$(MAKE) -C $(patsubst _clean_%, %, $@) clean.PHONY:

3. ./netlink/netlink.c

/* * netlink.c * *  Created on: 2014 *      Author: cr */#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/skbuff.h>#include <linux/ip.h>#include <linux/types.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/netlink.h>#include <net/sock.h>#include "usrlink.h"MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");MODULE_AUTHOR("MDAXIA");struct sock *netlink_fd;static void netlink_to_user(int dest, void *buf, int len){struct nlmsghdr *nl;struct sk_buff *skb;int size;size = NLMSG_SPACE(len);skb = alloc_skb(size, GFP_ATOMIC);if(!skb || !buf){printk(KERN_ALERT "netlink_to_user skb of buf null!\n");return;}nl = nlmsg_put(skb, 0, 0, 0, NLMSG_SPACE(len) - sizeof(struct nlmsghdr), 0);NETLINK_CB(skb).pid = 0;NETLINK_CB(skb).dst_group = 0;memcpy(NLMSG_DATA(nl), buf, len);nl->nlmsg_len = (len > 2) ? (len - 2):len;netlink_unicast(netlink_fd, skb, dest, MSG_DONTWAIT);printk(KERN_ALERT "K send packet success\n");}static int process_hello_get(int dest, void *buf, int len){printk(KERN_ALERT "In process_hello get!\n");memcpy(buf, "I known you !", 13);netlink_to_user(dest, buf, 13);return NET_OK;}static int process_hello_set(int dest, void *buf, int len){printk(KERN_ALERT "In process_hello set! %s\n", (char *)buf);memcpy(buf, "S known you !", 13);netlink_to_user(dest, buf, 13);return NET_OK;}static void netlink_process_packet(struct nlmsghdr *nl){int ret;switch(nl->nlmsg_type){case HELLO_GET:ret = process_hello_get(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len);break;case HELLO_SET:ret = process_hello_set(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len);break;default:break;}}static void netlink_recv_packet(struct sk_buff *__skb){struct sk_buff *skb;struct nlmsghdr *nlhdr;skb = skb_get(__skb);if(skb->len >= sizeof(struct nlmsghdr)){nlhdr = (struct nlmsghdr *)skb->data;if(nlhdr->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) &&__skb->len >= nlhdr->nlmsg_len){netlink_process_packet(nlhdr);}}elseprintk(KERN_ALERT "Kernel receive msg length error!\n");}static int __init netlink_init(void){netlink_fd = netlink_kernel_create(&init_net, USER_NETLINK_CMD, 0, netlink_recv_packet, NULL, THIS_MODULE);if(NULL == netlink_fd){printk(KERN_ALERT "Init netlink!\n");return -1;}printk(KERN_ALERT "Init netlink success!\n");return 0;}static void __exit netlink_exit(void){netlink_kernel_release(netlink_fd);printk(KERN_ALERT "Exit netlink!\n");}module_init(netlink_init);module_exit(netlink_exit);

4. ./netlink/usrlink.h

/* * usrlink.h * *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr */#ifndef USRLINK_H_#define USRLINK_H_#define USER_NETLINK_CMD25#define MAXMSGLEN 1024typedef enum error_e {NET_ERROR,NET_OK,NET_PARAM,NET_MEM,NET_SOCK,} netlink_err;typedef enum module_e {HELLO_CMD = 1,} netlink_module;typedef enum type_e {HELLO_SET,HELLO_GET,} netlink_type;#endif /* USRLINK_H_ */

5. ./netlink/Makefile

MOD_NAME := netlink$(MOD_NAME)-objs : netlink.o-include $(MODULES_ROOT_DIR)/rules.dir.PHONY:

5. 编译方式。

其中Makefile、rulers.dir 在Knetlink/下， netlink.c 、netlink.h 、Makefile在Knetlink/netlink/目录下。 编译时在Knetlink目录下执行Make即可

二、用户程序

用户程序的Makefile 这里就不放出了。 我是直接在eclipse下建的工程 自动编译的、...

1. netlink.c

/* * usrlink.c * *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include "usrlink.h"int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol){netlink_s->sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, protocol);if(netlink_s->sock < 0)return NET_SOCK;memset(&netlink_s->src, 0 ,sizeof(netlink_s->src));netlink_s->src.nl_family = AF_NETLINK;netlink_s->src.nl_pid = module;netlink_s->src.nl_groups = 0;if(bind(netlink_s->sock, (struct sockaddr *)&netlink_s->src, sizeof(netlink_s->src)) < 0)return NET_SOCK;netlink_s->dest.nl_family = AF_NETLINK;netlink_s->dest.nl_pid = 0;netlink_s->dest.nl_groups = 0;return NET_OK;}int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen){struct msghdr msg;struct nlmsghdr *nlhdr = NULL;struct iovec iov;int ret;nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAXMSGLEN));if(NULL == nlhdr)return NET_MEM;memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), sbuf, slen);nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(slen);nlhdr->nlmsg_pid = netlink_s->src.nl_pid;nlhdr->nlmsg_type = type;nlhdr->nlmsg_flags = 0;iov.iov_base = (void *)nlhdr;iov.iov_len = nlhdr->nlmsg_len;msg.msg_name = (void *)&(netlink_s->dest);msg.msg_namelen = sizeof(netlink_s->dest);msg.msg_iov = &iov;msg.msg_iovlen = 1;ret = sendmsg(netlink_s->sock, &msg, 0);if(ret < 0){printf("Send fail\n");goto error;}ret = recvmsg(netlink_s->sock, &msg, 0);if(ret < 0){printf("Read fail\n");goto error;}memcpy(rbuf, NLMSG_DATA(nlhdr), nlhdr->nlmsg_len);*rlen = nlhdr->nlmsg_len;return NET_OK;error:free(nlhdr);return NET_SOCK;}int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s){close(netlink_s->sock);memset(netlink_s, 0, sizeof(netlink_sock));return NET_OK;}

2. netlink.h

/* * usrlink.h * *  Created on: 2014 *      Author: cr */#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <asm/types.h>#include <linux/socket.h>#include <linux/netlink.h>#ifndef USRLINK_H_#define USRLINK_H_#define USER_NETLINK_CMD25#define MAXMSGLEN 1024typedef enum error_e {NET_ERROR,NET_OK,NET_PARAM,NET_MEM,NET_SOCK,} netlink_err;typedef enum module_e {HELLO_CMD = 1,} netlink_module;typedef enum type_e {HELLO_SET,HELLO_GET,} netlink_type;typedef struct usr_sock_h {int sock;struct sockaddr_nl dest;struct sockaddr_nl src;} netlink_sock;int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol);int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s);int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen);#endif /* USRLINK_H_ */

3. main.c

/* * main.c * *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include "usrlink.h"int parse_ret(int ret){switch(ret){case NET_OK:return ret;case NET_ERROR:printf("error\n");goto exit_p;case NET_MEM:printf("Memory error\n");goto exit_p;case NET_PARAM:printf("Param error\n");goto exit_p;case NET_SOCK:printf("Socket error\n");goto exit_p;default:break;}exit_p:return NET_ERROR;}void usage(void){printf("Usage: Netlink -G <param>\n\t-S <param>\n");}int main(int argc, char **argv){netlink_sock h_sock;char rbuf[1024];char sbuf[1024];int ret, type, slen = 0, rlen = 0;ret = netlink_sock_init(&h_sock, HELLO_CMD, USER_NETLINK_CMD);if(NET_OK != parse_ret(ret))goto exit_p;bzero(&rbuf, sizeof(rbuf));bzero(&sbuf, sizeof(sbuf));if(argc < 3){usage();goto exit_p;}if(!strncmp("-G", argv[1], 2))type = HELLO_GET;else if(!strncmp("-S", argv[1], 2))type = HELLO_SET;strcpy(sbuf, argv[2]);slen = strlen(sbuf);ret = netlink_send(&h_sock, type, sbuf, slen, rbuf, &rlen);if(NET_OK != parse_ret(ret))goto exit_p;if(rlen > 0){rbuf[rlen] = '\0';printf("K rep [len = %d]:%s\n", rlen, rbuf);}printf("K[len = %d]: %s\n", rlen, rbuf);exit_p:netlink_sock_deinit(&h_sock);return 0;}