Android wpa_supplicant源码分析---nl80211内核通信Generic Netlink

代码位置：
kernel/net/netlink/genetlink.c
kernel/include/net/genetlink.h

GENL简介

netlink仅支持32种协议类型，这在实际应用中可能并不足够。因此产生了generic netlink（以下简称为genl）。
generic netlink支持1024(前10个保留不用)个子协议号，弥补了netlink协议类型较少的缺陷。

1 架构及工作原理：

Generic Netlink是以自定义的genl_family为基本单位的，每一个想使用genl通信的模块都要自己创建一个genl_family然后注册到genl模块（总线）中，最多可以添加1024个。
用户空间在使用genl时，可以将指定将数据发送给你挂载到genl上的family，family再做具体的处理
每个family在注册时都被分配了唯一的family_id，用户空间在发送数据时，将family_id写入nlmsghdr.nlmsg_type字段，genl就可以对应的family。

genl中共分配了16个链表，每个链表都可以挂载自定义的family
static struct list_head family_ht[GENL_FAM_TAB_SIZE=16];
这16个链表中元素的总个数是1024.

结构体中重要参数意义如下：

1. id: 注册时指定，若为0则有genl分配一个未占用的id，id的范围是10~1023,0~10保留未使用
   id和链表数组family_ht[16]的对应关系首先对id取16的余数 id&0x1111，然后根据余数确定添加到哪一条链表中。这样的方式，比单独一条链表搜索时要节省时间，比建一个1024的数组要节省空间。看函数名字是genl_family_hash(),不知道hash表是不是这么创建的。
2. name: 一个字符串，当内核模块和用户空间采用同样的name，才可以建立通信
3. ops_list：该family的操纵函数
4. mcast_groups：多播组链表，可以往该family中再注册多播组
5. family_list：该family在genl模块中的链表索引

struct genl_family {    unsigned int        id;    unsigned int        hdrsize;    char            name[GENL_NAMSIZ];    unsigned int        version;    unsigned int        maxattr;    bool            netnsok;    bool            parallel_ops;    int         (*pre_doit)(struct genl_ops *ops,                        struct sk_buff *skb,                        struct genl_info *info);    void            (*post_doit)(struct genl_ops *ops,                         struct sk_buff *skb,                         struct genl_info *info);    struct nlattr **    attrbuf;    /* private */    struct list_head    ops_list;   /* private */    struct list_head    family_list;    /* private */    struct list_head    mcast_groups;   /* private */    struct module       *module;};

genl_family 操作函数
cmd：是个整形，用户空间发送消息时，首先定义好faimily的name，然后再定义好cmd，就可以调用相应的处理函数doit();

struct genl_ops {    u8          cmd;    u8          internal_flags;    unsigned int        flags;    const struct nla_policy *policy;    int            (*doit)(struct sk_buff *skb,                       struct genl_info *info);    int            (*dumpit)(struct sk_buff *skb,                     struct netlink_callback *cb);    int            (*done)(struct netlink_callback *cb);    struct list_head    ops_list;};

2 genl初始化过程

链表的初始化和消息接收函数
将创建的netlnik socket挂载到net_namespace（不懂这个东东）中

static int __init genl_init(void){    int i, err;    //初始化16条链表    for (i = 0; i < GENL_FAM_TAB_SIZE; i++)        INIT_LIST_HEAD(&family_ht[i]);    //注册一个自己用的family，共上层使用    err = genl_register_family_with_ops(&genl_ctrl, &genl_ctrl_ops, 1);    //真正的初始化函数，其中的genl_pernet_init()会创建netlink，定义接收函数genl_rcv()    err = register_pernet_subsys(&genl_pernet_ops);    genl_pernet_init（）    {        struct netlink_kernel_cfg cfg = {        .input      = genl_rcv, //接收函数        .flags      = NL_CFG_F_NONROOT_RECV,        };        /* we'll bump the group number right afterwards */        net->genl_sock = netlink_kernel_create(net, NETLINK_GENERIC, &cfg);    }    //注册到多播组中    err = genl_register_mc_group(&genl_ctrl, &notify_grp);}

2.1 接收数据genl_rcv_msg

genl_rcv()接收到数据会直接调用genl_rcv_msg()
然后根据nlmsghdr中的family_id（type）找到对应的family，
再根据genlmsghdr中的cmd找到family中对应的ops，然后调用doit做相应的处理

static int genl_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh){    //nlmsghdr中的type应该和family的id一致，    //但是内核中genl注册family时，id是自动非配的，那用户空间发送的消息怎么确认id，    family = genl_family_find_byid(nlh->nlmsg_type);    //根据nlh中定义的cmd类型决定    genl_family_rcv_msg(family, skb, nlh);    {        //在传入的nlh的载荷中包含着geml的头genlmsghdr，        struct genlmsghdr *hdr = nlmsg_data(nlh);        //genl 信息，里面有netlnik head，genl head，user head等信息，最终会由用户（nl80211）定义的ops处理        struct genl_info info;              //如果有family有体检需要处理的，可以放在该处        err = family->pre_doit(ops, skb, &info);        //通过cmd找到ops，对传入的数据进行处理        ops = genl_get_cmd(hdr->cmd, family);        //ops处理数据        err = ops->doit(skb, &info);        //family的后续处理        family->post_doit(ops, skb, &info);    }}

3 内核中使用genl

3.1 genl family 注册

生成family_id，并将其加载到(android M中已经更改此API)

static inline int genl_register_family_with_ops(struct genl_family *family, struct genl_ops *ops, size_t n_ops){    //将每个family按照id顺序加载到genl的16条链表中    err = __genl_register_family(family);    //将genl_ops注册到family的ops_list上    for (i = 0; i < n_ops; ++i, ++ops) {        err = genl_register_ops(family, ops);    }}

3.2 genl 多播组注册

family指向属于该多播组的family，
id：是多播组id，由内核分配，在genlmsg_multicast()中使用

struct genl_multicast_group {    struct genl_family  *family;    /* private */    struct list_head    list;       /* private */    char            name[GENL_NAMSIZ];    u32         id;};int genl_register_mc_group(struct genl_family *family, struct genl_multicast_group *grp){    ....    //有一大堆算id的代码，看不懂, 通过传入的group的name计算出唯一的一个id，作为netlink多播组的group id    ....    grp->id = id;    set_bit(id, mc_groups);    list_add_tail(&grp->list, &family->mcast_groups);    grp->family = family;}

3.3 发送单播数据

static inline int genlmsg_reply(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info)最终会调用netlnik api nlmsg_unicast()

3.4 发送多播数据

genlmsg_multicast_netns(struct net *net, struct sk_buff *skb, u32 portid, unsigned int group, gfp_t flags);

4 用户空间使用genl

代码位置：external/libnl
官方文档 http://www.carisma.slowglass.com/~tgr/libnl/doc/core.html#_socket_structure_struct_nl_sock

netlink通信时同样可以使用libnl中的api，之前看netlink那个实例的时候，就感觉代码很乱，libnl中提供了比较精简的api

4.1 生成socket

#include <netlink/socket.h>struct nl_sock *nl_socket_alloc(void)void nl_socket_free(struct nl_sock *sk)//与kernel中的 genl模块相连接genl_connect(struct nl_sk *)//获取genl中要使用的family的idint genl_ctrl_resolve(struct nl_sock *sk, const char *name){    msg = nlmsg_alloc();    //"nlctrl"是由kernel 的genl模块住的一个family，目前只支持获取genel中 family的id    genlmsg_put(msg, 0, 0, genl_ctrl_resolve(global->nl, "nlctrl"), 0, 0, CTRL_CMD_GETFAMILY, 0);}

4.2 发送数据

struct nl_msg *msg = nlmsg_alloc();//msg中填充family ops中定义的CMD//wpa_s 封装为 static void * nl80211_cmd(struct wpa_driver_nl80211_data *drv, struct nl_msg *msg, int flags, uint8_t cmd)//该函数在生成nlmsg时，在其中添加genlmsghdr（genl的头）void *genlmsg_put(struct nl_msg *msg, uint32_t pid, uint32_t seq, int family, int hdrlen, int flags, uint8_t cmd, uint8_t version)示例：genlmsg_put(msg, 0, 0, family_id, 0, 0, cmd, 0);//msg中放置不同类型的属性 attribute，整形或一块内存NLA_PUT_U32(msg, attrtype, value)；NLA_PUT(msg, attrtype, attrlen, data)

4.3 发送单播

返回值为发送的字符数，若错误返回负
int nl_send_auto_complete(struct nl_sock *sk, struct nl_msg *msg)
该函数最终调用socket API sendmsg()，函数内部会利用nl_msg中的信息生成 sendmsg 所需的msghdr结构体

4.4 接收多播

nl_socket_add_membership(struct nl_sock *, group_id);

5 GENL 流程图

6 使用实例

只实现了用户空间向内核中的family发送单播消息，
使用在ops对应的cmd doit函数中读取上层传送下来的attr内容
内核向用户空间发送多播消息还没有实现，因为不知道如何拿到genl创建的sock，

6.1 内核空间

//genl test code by cuijiyue#include <.h>#define GENL_TEST_CMD 6#define GENL_TEST_ATRR_TYPE 66char *msg_send = "hello form genl kernel!";static struct genl_family genl_test_fam = {    .id = GENL_ID_GENERATE, /* don't bother with a hardcoded ID */    .name = "genl_test",    /* have users key off the name instead */    .hdrsize = 0,       /* no private header */    .version = 1,       /* no particular meaning now */    .maxattr = NL80211_ATTR_MAX,    .netnsok = true,};//genl_info *info 由genl genl_rcv()时生成的static int genl_test_cmd_process(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info){    struct sk_buff *msg;    struct nlmsghdr *nlh;    printk("%s: genl_info nlhdr: len:%u, pid%u, snd_portid:%u\n", "genl_test", info->nlhdr->nlmsg_len, info->nlhdr->nlmsg_pid, info->snd_portid);    printk("%s: genl_info genlgdr: cmd:%u\n", "genl_test", info->genlhdr->cmd);    //printk("%s: genl_info userhdr:%s\n", "genl_test", (char*)(info->userhdr));    if(info->attrs[GENL_TEST_ATRR_TYPE]) {        printk("%s: GENL_TEST_ATRR_TYPE data:%s\n", "genl_test", (char*)nla_data(info->attrs[GENL_TEST_ATRR_TYPE]));    }       msg = nlmsg_new(4096, GFP_KERNEL);    if (!msg)        return -ENOMEM;    nlh = nlmsg_put(msg, 0, 0, NLMSG_DONE, strlen(msg_send), 0);    strcpy(nlmsg_data(nlh), msg_send);      //use netlnik unicast发送消息到用户空间    //return genlmsg_reply(msg, info);    //multi fail, cann't find this genl sock, it is in first_device    //genlmsg_multicast(&genl_test_fam, msg, 0, 0, 0);      //nlmsg_multicast();    genlmsg_multicast_allns(&genl_test_fam, msg, 0, 0, GFP_ATOMIC);    return 6666;}static struct genl_ops genl_test_ops[] = {    {        .cmd = GENL_TEST_CMD,        .doit = genl_test_cmd_process,    },};static struct genl_multicast_group genl_test_group[] = {    {.name = "genl_test_group",}};int __init genl_test_init(void){    int err;    //err = genl_register_family_with_ops(&genl_test_fam, genl_test_ops, ARRAY_SIZE(genl_test_ops));    //in android M has change this api usage    err = genl_register_family_with_ops_groups(&genl_test_fam, genl_test_ops, genl_test_group);    if (err)        goto err_out;    printk("%s: genl_test_fam id:%u, mcgrp_offset:%u\n", "genl_test", genl_test_fam.id, genl_test_fam.mcgrp_offset);    //err = genl_register_mc_group(&genl_test_fam, &genl_test_group);    //if (err)    //  goto err_out;    //printk("%s: genl_test_group id:%u\n", "genl_test", genl_test_group.id);    return 0;err_out:    genl_unregister_family(&genl_test_fam);    return err;}module_init(genl_test_init);void __exit genl_test_exit(void){       genl_unregister_family(&genl_test_fam);}module_exit(genl_test_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("cuijiyue");

6.2 用户空间

#include <.h>#define MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/#define GENL_TEST_CMD 6#define GENL_TEST_ATRR_TYPE 66char *attr_data = "66666";struct nl_sock *nl_sk;int main(int argc, char* argv[]) {    int ret;    int family_id, group_id;    struct nl_msg *msg;    struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;    struct nlmsghdr *nlh = NULL;    struct iovec iov;    struct msghdr msg_rev;    memset(&msg, 0, sizeof(msg));    //创建sock并连接到kernel     nl_sk = nl_socket_alloc();    ret = genl_connect(nl_sk);      printf("self pid:%u\n", getpid());    if (ret != 0) {        printf("genl_connect error%s\n", ret);        goto err_out;    }    //获取自定义的family的id    family_id = genl_ctrl_resolve(nl_sk, "genl_test");    printf("genl_test family id:%d\n", ret);    // multi group, get it from kernel log  group 9    nl_socket_add_membership(nl_sk, 9);    //生成msg    msg = nlmsg_alloc();    genlmsg_put(msg, 0, 0, family_id, 0, 0, GENL_TEST_CMD, 0);    //放置attr    nla_put(msg, GENL_TEST_ATRR_TYPE, strlen(attr_data), attr_data);    //发送消息    ret = nl_send_auto_complete(nl_sk, msg);    printf("nl_send ret:%d\n", ret);    //接收multi消息    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));    nlh=(struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));    nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);    iov.iov_base = (void *)nlh;    iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;    msg_rev.msg_name = (void *)&dest_addr;    msg_rev.msg_namelen = sizeof(dest_addr);    msg_rev.msg_iov = &iov;    msg_rev.msg_iovlen = 1;    printf("waiting rev\n");    recvmsg(nl_sk, &msg_rev, 0);    printf(" Received message pid:%d, payload: %s\n", nlh->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nlh));err_out:    nl_socket_free(nl_sk);    return ret;}

7 wpa_supplicant与内核的通信

7.1 内核中nl80211模块

nl80211直接使用的是Generic Netlink接口，添加了一个name为“nl80211”的family和对应的 ops方法，同时注册了多个多播组

代码位置
kernel/net/wireless/nl80211.c
kernel/include/uapi/linux/nl80211.h

nl80211添加到genl中的family

static struct genl_family nl80211_fam = {    .id = GENL_ID_GENERATE, /* don't bother with a hardcoded ID */    .name = "nl80211",  /* have users key off the name instead */    .hdrsize = 0,       /* no private header */    .version = 1,       /* no particular meaning now */    .maxattr = NL80211_ATTR_MAX,    .netnsok = true,    .pre_doit = nl80211_pre_doit,    .post_doit = nl80211_post_doit,};

static struct genl_ops nl80211_ops[]
是nl80211可以接受到的命令，每种命令都有相应的nl80211处理函数
wifi的scan，associate，connect等等，都是由此处理的
太多了，去看源码吧

7.2 wpa_supplicant中的genl socekt

wpa_s中与nl80211的通信时创建了两条socket，一条用于发送消息到内核，一条接收内核中的多播消息，
scoekt的初始化源码在wpa_driver_nl80211_init_nl_global()中

7.2.1 发送消息的socekt：

global->nl_cb = nl_cb_alloc(NL_CB_DEFAULT);global->nl = nl_create_handle(global->nl_cb, "nl");在nl80211中，每接收到一条命令，都会通过socket发送回相应的处理结果其中nl_cb可以自定义函数处理内核返回的消息。在global->nl发送命令前，通过以下函数设置自定义的结果处理函数。nl_cb_set(cb, NL_CB_VALID, NL_CB_CUSTOM, valid_handler, valid_data);

7.2.2接收内核多播消息的socekt：

global->nl_event = nl_create_handle(global->nl_cb, "event");获取nl80211中各个多播组的group_id，并添加socekt到该多播组ret = nl_get_multicast_id(global, "nl80211", "scan");ret = nl_socket_add_membership(global->nl_event, ret);

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