linux下的netlink编程

在 linux学习 2.4 版以后版本的内核中，几乎全部的中断过程与用户态进程的通信都是使用 netlink 套接字实现的，同时还使用 netlink 实现了 ip queue 工具，但 ip queue 的使用有其局限性，不能自由地用于各种中断过程。内核的帮助文档和其他一些 linux学习 相关文章都没有对 netlink 套接字在中断过程和用户空间通信的应用上作详细的说明，使得很多用户对此只有一个模糊的概念。

Unicast Communication between Kernel and Application
在下面的例子中,一个用户空间进程发送一个netlink消息给内核模块,内核模块应答一个消息给发送进程,这里是用户空间的代码:

 

#include <sys/socket.h>
#include <linux学习/netlink.h>
#define MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/
struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct msghdr msg;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
void main() ...{
 sock_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW,NETLINK_TEST);
 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;  /**//* not in mcast groups */
 bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, 
      sizeof(src_addr));
 memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
 dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
 dest_addr.nl_pid = 0;   /**//* For Linux Kernel */
 dest_addr.nl_groups = 0; /**//* unicast */
 nlh=(struct nlmsghdr *)malloc(
                         NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
 /**//* Fill the netlink message header */
 nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 nlh->nlmsg_pid = getpid();  /**//* self pid */
 nlh->nlmsg_flags = 0;
 /**//* Fill in the netlink message payload */
 strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "Hello you!");
 iov.iov_base = (void *)nlh;
 iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;
 msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
 msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
 msg.msg_iov = &iov;
 msg.msg_iovlen = 1;
 sendmsg(fd, &msg, 0);
 /**//* Read message from kernel */
 memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
 recvmsg(fd, &msg, 0);
 printf(" Received message payload: %s ", 
        NLMSG_DATA(nlh));
    
 /**//* Close Netlink Socket */
 close(sock_fd);
}    

这里是内核代码:

 

struct sock *nl_sk = NULL;
void nl_data_ready (struct sock *sk, int len)
...{
  wake_up_interruptible(sk->sleep);
}
void netlink_test() ...{
 struct sk_buff *skb = NULL;
 struct nlmsghdr *nlh = NULL;
 int err;
 u32 pid;     
 nl_sk = netlink_kernel_create(NETLINK_TEST, 
                                   nl_data_ready);
 /**//* wait for message coming down from user-space */
 skb = skb_recv_datagram(nl_sk, 0, 0, &err);
 nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;
 printk("%s: received netlink message payload:%s ", 
        __FUNCTION__, NLMSG_DATA(nlh));
 pid = nlh->nlmsg_pid; /**//*pid of sending process */
 NETLINK_CB(skb).groups = 0; /**//* not in mcast group */
 NETLINK_CB(skb).pid = 0;      /**//* from kernel */
 NETLINK_CB(skb).dst_pid = pid;
 NETLINK_CB(skb).dst_groups = 0;  /**//* unicast */
 netlink_unicast(nl_sk, skb, pid, MSG_DONTWAIT);
 sock_release(nl_sk->socket);
} 

在内核模块被加载到内核,当我们运行用户程序,我们将看到下面的信息:

Received message payload: Hello you!
 
 

然后用dmesg我们可以看到内核输出:

netlink_test: received netlink message payload:
Hello you!

Multicast Communication between Kernel and Applications
这个例子中,两个应用程序在监听同一个netlink广播组.内核模块发送一个netlink消息给这个广播组,所用的应用程序都收到它,如下是用户程序代码:

#include <sys/socket.h>
#include <linux学习/netlink.h>
#define MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/
struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
void main() ...{
 sock_fd=socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_TEST);
 memset(&src_addr, 0, sizeof(local_addr));
 src_addr.nl_family = AF_NETLINK;       
 src_addr.nl_pid = getpid();  /**//* self pid */
 /**//* interested in group 1<<0 */  
 src_addr.nl_groups = 1;
 bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, 
      sizeof(src_addr));
 memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr)); 
 nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(
                          NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
 memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));      
    
 iov.iov_base = (void *)nlh;
 iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
 msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
 msg.msg_iov = &iov;
 msg.msg_iovlen = 1;
 printf("Waiting for message from kernel ");
 /**//* Read message from kernel */
 recvmsg(fd, &msg, 0);
 printf(" Received message payload: %s ", 
        NLMSG_DATA(nlh));
 close(sock_fd);
}  

 内核代码:

 

#define MAX_PAYLOAD 1024 
struct sock *nl_sk = NULL;
void netlink_test() ...{
 sturct sk_buff *skb = NULL;
 struct nlmsghdr *nlh;
 int err;
 nl_sk = netlink_kernel_create(NETLINK_TEST, 
                               nl_data_ready);
 skb=alloc_skb(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD),GFP_KERNEL);
 nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;
 nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 nlh->nlmsg_pid = 0;  /**//* from kernel */
 nlh->nlmsg_flags = 0;
 strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "Greeting from kernel!");
 /**//* sender is in group 1<<0 */
 NETLINK_CB(skb).groups = 1;
 NETLINK_CB(skb).pid = 0;  /**//* from kernel */
 NETLINK_CB(skb).dst_pid = 0;  /**//* multicast */
 /**//* to mcast group 1<<0 */
 NETLINK_CB(skb).dst_groups = 1;
 /**//*multicast the message to all listening processes*/
 netlink_broadcast(nl_sk, skb, 0, 1, GFP_KERNEL);
 sock_release(nl_sk->socket);
}  

我们运行用户程序:

 
./nl_recv &
Waiting for message from kernel
./nl_recv &
Waiting for message from kernel
 
然后我们加载内核模块到内核空间,会看到如下信息::

Received message payload: Greeting from kernel!
Received message payload: Greeting from kernel!

以下是一个简单的测试内核事件的应用程序：

#define MAX_PAYLOAD        1024
struct sockaddr_nl    src_addr, dest_addr;
char *KernelMsg = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
struct msghdr msg;
int msglen;

#define DEVICE_ADD            "add"
#define DEVICE_REMOVE        "remove"
#define DEVICE_NAME            "event0"
#define DEVICE_NAMELEN    6
void * DeviceManagement(void *arg)
...{
    sock_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
    int msgle;
    
    memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
    src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    src_addr.nl_pid = pthread_self() << 16 | getpid();
    src_addr.nl_groups = 1;
    bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&src_addr, sizeof(src_addr));
    
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    KernelMsg = (struct nlmsghdr *)malloc(MAX_PAYLOAD);
    memset(KernelMsg, 0,     MAX_PAYLOAD);
    
    iov.iov_base = (void *)KernelMsg;
    iov.iov_len = MAX_PAYLOAD;
    msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
    msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
    msg.msg_iov = &iov;
    msg.msg_iovlen = 1;
    
    while(1) ...{
        //printf("Waiting for message from kernel ");
        recvmsg(sock_fd, &msg, 0);
        //printf("Receved message payload: %s ", KernelMsg);
        msglen = strlen(KernelMsg);
        //printf("Device: %s ", KernelMsg+msglen-DEVICE_NAMELEN);
        if(!strncmp(DEVICE_NAME, KernelMsg+msglen-DEVICE_NAMELEN, DEVICE_NAMELEN)) ...{
            if(!strncmp(DEVICE_ADD, KernelMsg, strlen(DEVICE_ADD))) 
            ...{
                printf("Add event0 device ");
                USBKeyboardReady = 1;
            }
            else if(!strncmp(DEVICE_REMOVE, KernelMsg, strlen(DEVICE_REMOVE))) ...{
                printf("Remove event0 device ");
                USBKeyboardReady = 0;
            }
        }
    }
    close(sock_fd);
    
} 

示例：一个用户进程发送数据到内核，然后通过内核发送给另一个用户进程。

内核进程：netlink-exam-kern.c

//kernel module: netlink-exam-kern.c
#ifndef __KERNEL__
#define __KERNEL__
#endif

#ifndef MODULE
#define MODULE
#endif

#include <linux学习/config.h>
#include <linux学习/module.h>
#include <linux学习/netlink.h>
#include <linux学习/sched.h>
#include <net/sock.h>
#include <linux学习/proc_fs.h>

#define BUF_SIZE 16384
#define NL 30

static struct sock *netlink_exam_sock;
static unsigned char buffer[BUF_SIZE];
static unsigned int buffer_tail = 0;
static int exit_flag = 0;

static DECLARE_COMPLETION(exit_completion);

static void recv_handler(struct sock * sk, int length)
...{
        wake_up(sk->sk_sleep);
}

static int process_message_thread(void * data)
...{
        struct sk_buff * skb = NULL;
        struct nlmsghdr * nlhdr = NULL;
        int len;
        DEFINE_WAIT(wait);

        daemonize("mynetlink");

        while (exit_flag == 0) ...{
                prepare_to_wait(netlink_exam_sock->sk_sleep, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
                schedule();
                finish_wait(netlink_exam_sock->sk_sleep, &wait);

                while ((skb = skb_dequeue(&netlink_exam_sock->sk_receive_queue))
                         != NULL) ...{
                        nlhdr = (struct nlmsghdr *)skb->data;
                        if (nlhdr->nlmsg_len < sizeof(struct nlmsghdr)) ...{
                                printk("Corrupt netlink message. ");
                                continue;
                        }
                        len = nlhdr->nlmsg_len - NLMSG_LENGTH(0);
                        if (len + buffer_tail > BUF_SIZE) ...{
                                printk("netlink buffer is full. ");
                        }
                        else ...{
                                memcpy(buffer + buffer_tail, NLMSG_DATA(nlhdr), len);
                                buffer_tail += len;
                        }
                        nlhdr->nlmsg_pid = 0;
                        nlhdr->nlmsg_flags = 0;
                        NETLINK_CB(skb).pid = 0;
                        NETLINK_CB(skb).dst_pid = 0;
                        NETLINK_CB(skb).dst_group = 1;
                        netlink_broadcast(netlink_exam_sock, skb, 0, 1, GFP_KERNEL);
                }
        }
        complete(&exit_completion);
        return 0;
}

static int netlink_exam_readproc(char *page, char **start, off_t off,
                          int count, int *eof, void *data)
...{
        int len;

        if (off >= buffer_tail) ...{
                * eof = 1;
                return 0;
        }
        else ...{
                len = count;
                if (count > PAGE_SIZE) ...{
                        len = PAGE_SIZE;
                }
                if (len > buffer_tail - off) ...{
                        len = buffer_tail - off;
                }
                memcpy(page, buffer + off, len);
                *start = page;
                return len;
        }

}

static int __init netlink_exam_init(void)
...{
        netlink_exam_sock = netlink_kernel_create(NL, 0, recv_handler, THIS_MODULE);
        if (!netlink_exam_sock) ...{
                printk("Fail to create netlink socket. ");
                return 1;
        }
        kernel_thread(process_message_thread, NULL, CLONE_KERNEL);
        create_proc_read_entry("netlink_exam_buffer", 0444, NULL, netlink_exam_readproc, 0);
        return 0;
}

static void __exit netlink_exam_exit(void)
...{
        exit_flag = 1;
        wake_up(netlink_exam_sock->sk_sleep);
        wait_for_completion(&exit_completion);
        sock_release(netlink_exam_sock->sk_socket);
}

module_init(netlink_exam_init);
module_exit(netlink_exam_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

编译成模块：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
debug-objs := netlink-exam-kern.o
obj-m := netlink-exam-kern1.o
CFLAGS += -w -Wimplicit-function-declaration
else
PWD := $(shell pwd)
KVER ?= $(shell uname -r)
KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build
all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)
clean:
        rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions
endif

用户发送进程：netlink-exam-user-send.c

 

//application sender: netlink-exam-user-send.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux学习/netlink.h>

#define MAX_MSGSIZE 1024


int main(int argc, char * argv[])
...{
        FILE * fp;
        struct sockaddr_nl saddr, daddr;
        struct nlmsghdr *nlhdr = NULL;
        struct msghdr msg;
        struct iovec iov;
        int sd;
        char text_line[MAX_MSGSIZE];
        int ret = -1;

        if (argc < 2) ...{
                printf("Usage: %s atextfilename ", argv[0]);
                exit(1);
        }

        if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL) ...{
                printf("File %s dosen't exist. ");
                exit(1);
        }

        sd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, 30);
        memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
        memset(&daddr, 0, sizeof(daddr));

        saddr.nl_family = AF_NETLINK;
        saddr.nl_pid = getpid();
        saddr.nl_groups = 0;
        bind(sd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));

        daddr.nl_family = AF_NETLINK;
        daddr.nl_pid = 0;
        daddr.nl_groups = 0;

        nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE));

        while (fgets(text_line, MAX_MSGSIZE, fp)) ...{
                memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), text_line, strlen(text_line));
                memset(&msg, 0 ,sizeof(struct msghdr));

                nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(strlen(text_line));
                nlhdr->nlmsg_pid = getpid();  /**//* self pid */
                nlhdr->nlmsg_flags = 0;

                iov.iov_base = (void *)nlhdr;
                iov.iov_len = nlhdr->nlmsg_len;
                msg.msg_name = (void *)&daddr;
                msg.msg_namelen = sizeof(daddr);
                msg.msg_iov = &iov;
                msg.msg_iovlen = 1;
                ret = sendmsg(sd, &msg, 0);
                if (ret == -1) ...{
                        perror("sendmsg error:");
                }
        }

        close(sd);
        return 0;
}

用户接收进程：netlink-exam-user-recv.c

 

//application sender: netlink-exam-user-send.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux学习/netlink.h>

#define MAX_MSGSIZE 1024


int main(int argc, char * argv[])
...{
        FILE * fp;
        struct sockaddr_nl saddr, daddr;
        struct nlmsghdr *nlhdr = NULL;
        struct msghdr msg;
        struct iovec iov;
        int sd;
        char text_line[MAX_MSGSIZE];
        int ret = -1;

        if (argc < 2) ...{
                printf("Usage: %s atextfilename ", argv[0]);
                exit(1);
        }

        if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL) ...{
                printf("File %s dosen't exist. ");
                exit(1);
        }

        sd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, 30);
        memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
        memset(&daddr, 0, sizeof(daddr));

        saddr.nl_family = AF_NETLINK;
        saddr.nl_pid = getpid();
        saddr.nl_groups = 0;
        bind(sd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));

        daddr.nl_family = AF_NETLINK;
        daddr.nl_pid = 0;
        daddr.nl_groups = 0;

        nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE));

        while (fgets(text_line, MAX_MSGSIZE, fp)) ...{
                memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), text_line, strlen(text_line));
                memset(&msg, 0 ,sizeof(struct msghdr));

                nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(strlen(text_line));
                nlhdr->nlmsg_pid = getpid();  /**//* self pid */
                nlhdr->nlmsg_flags = 0;

                iov.iov_base = (void *)nlhdr;
                iov.iov_len = nlhdr->nlmsg_len;
                msg.msg_name = (void *)&daddr;
                msg.msg_namelen = sizeof(daddr);
                msg.msg_iov = &iov;
                msg.msg_iovlen = 1;
                ret = sendmsg(sd, &msg, 0);
                if (ret == -1) ...{
                        perror("sendmsg error:");
                }
        }

        close(sd);
        return 0;
}