Linux中与内核通信的Netlink机制（实例）

      Netlink在2.6版本的内核中变化也是很大的，在最新的2.6.37内核中，其定义已经改成下面这种形式，传递的参数已经达到6个。其中第一个参数和mutex参数都是最新添加的。Mutex也可以为空。这里主要是关于内核空间中的netlink函数的使用。

extern struct sock *netlink_kernel_create(struct net *net,
                     int unit,unsigned int groups,
                     void (*input)(struct sk_buff *skb),
                     struct mutex *cb_mutex,
                     struct module *module);


  struct net是一个网络名字空间namespace，在不同的名字空间里面可以有自己的转发信息库，有自己的一套net_device等等。默认情况下都是使用 init_net这个全局变量，下面是内核中调用netlink_kernel_create()函数的一个示例。

在内核中，

audit_sock = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_AUDIT, 0,
                                      audit_receive, NULL, THIS_MODULE);


模块调用函数 netlink_unicast 来发送单播消息：

int netlink_unicast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, u32 pid, int nonblock)

    参数ssk为函数 netlink_kernel_create()返回的socket，参数skb存放消息，它的data字段指向要发送的netlink消息结构，而 skb的控制块保存了消息的地址信息，前面的宏NETLINK_CB(skb)就用于方便设置该控制块， 参数pid为接收消息进程的pid，参数nonblock表示该函数是否为非阻塞，如果为1，该函数将在没有接收缓存可利用时立即返回，而如果为0，该函 数在没有接收缓存可利用 定时睡眠。

    netlink的内核实现在.c文件 net/core/af_netlink.c中，内核模块要想使用netlink，也必须包含头文件linux/netlink.h。内核使用 netlink需要专门的API，这完全不同于用户态应用对netlink的使用。如果用户需要增加新的netlink协议类型，必须通过修改 linux/netlink.h来实现，当然，目前的netlink实现已经包含了一个通用的协议类型NETLINK_GENERIC以方便用户使用，用 户可以直接使用它而不必增加新的协议类型。前面讲到，为了增加新的netlink协议类型，用户仅需增加如下定义到linux/netlink.h就可 以：

只要增加这个定义之后，用户就可以在内核的任何地方引用该协议。

在内核中，为了创建一个netlink socket用户需要调用如下函数：

extern struct sock *netlink_kernel_create(struct net *net,
                                     int unit,unsigned int groups,
                                     void (*input)(struct sk_buff *skb),
                                     struct mutex *cb_mutex,
                                     struct module *module);

struct net是一个网络名字空间namespace，在不同的名字空间里面可以有自己的转发信息库，有自己的一套net_device等等。默认情况下都是使用init_net这个全局变量

    参数unit表示netlink协议类型，如 NETLINK_MYTEST，参数input则为内核模块定义的netlink消息处理函数，当有消息到达这个netlink socket时，该input函数指针就会被引用。函数指针input的参数skb实际上就是函数netlink_kernel_create返回的 struct sock指针，sock实际是socket的一个内核表示数据结构，用户态应用创建的socket在内核中也会有一个struct sock结构来表示。

     函数input()会在发送进程执行sendmsg()时 被调用，这样处理消息比较及时，但是，如果消息特别长时，这样处理将增加系统调用sendmsg()的执行时间，也就是说当用户的程序调用sendmsg ()函数时，如果input（）函数处理时间过长，也就是说input()函数不执行不完，用户程序调用的sendmsg()函数就不会返回。只有当内核 空间中的input()函数返回时，用户调用的sendmsg()函数才会返回。对于这种情况，可以定义一个内核线程专门负责消息接收，而函数input 的工作只是唤醒该内核线程，这样sendmsg将很快返回。（这里网上的的说明）不过在查看Linux2.6.37版本的内核时并没有发现这种处理过程， 一般都是按下面的方法进行处理。

这里注册的netlink协议为NETLINK_XFRM。

nlsk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_XFRM, XFRMNLGRP_MAX,
                                 xfrm_netlink_rcv, NULL, THIS_MODULE);
 

static void xfrm_netlink_rcv(struct sk_buff *skb)
{
       mutex_lock(&xfrm_cfg_mutex);

       netlink_rcv_skb(skb, &xfrm_user_rcv_msg);
       mutex_unlock(&xfrm_cfg_mutex);
}
在netlink_rcv_skb()函数中进行接收处理。
 

int netlink_broadcast(struct sock *ssk, struct sk_buff *skb, u32 pid,
                    u32 group, gfp_t allocation)


    前面的三个参数与 netlink_unicast相同，参数group为接收消息的多播组，该参数的每一个位代表一个多播组，因此如果发送给多个多播组，就把该参数设置为 多个多播组组ID的位或。参数allocation为内核内存分配类型，一般地为GFP_ATOMIC或GFP_KERNEL，GFP_ATOMIC用于 原子的上下文（即不可以睡眠），而GFP_KERNEL用于非原子上下文。

NETLINK_CB(skb).pid = 0;

NETLINK_CB(skb).dst_pid = 0;

NETLINK_CB(skb).dst_group = 1;


   字段pid表示消息发送者进程 ID，也即源地址，对于内核，它为 0， dst_pid 表示消息接收者进程 ID，也即目标地址，如果目标为组或内核，它设置为 0，否则 dst_group 表示目标组地址，如果它目标为某一进程或内核，dst_group 应当设置为 0。
   下面是参考网上使用netlink写的和内核通信的两个程序，一个是用户空间，一个是内核空间。
内核空间：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/time.h>
#include <linux/types.h>
#include <net/sock.h>
#include <net/netlink.h>

#define NETLINK_TEST 25
#define MAX_MSGSIZE 1024
int stringlength(char *s);
void sendnlmsg(char * message);
int pid;
int err;
struct sock *nl_sk = NULL;
int flag = 0;

void sendnlmsg(char *message)
{
    struct sk_buff *skb_1;
    struct nlmsghdr *nlh;
    int len = NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE);
    int slen = 0;
    if(!message || !nl_sk)
    {
        return ;
    }
    skb_1 = alloc_skb(len,GFP_KERNEL);
    if(!skb_1)
    {
        printk(KERN_ERR "my_net_link:alloc_skb_1 error\n");
    }
    slen = stringlength(message);
    nlh = nlmsg_put(skb_1,0,0,0,MAX_MSGSIZE,0);

    NETLINK_CB(skb_1).pid = 0;
    NETLINK_CB(skb_1).dst_group = 0;

     message[slen]= '\0';
    memcpy(NLMSG_DATA(nlh),message,slen+1);
    printk("my_net_link:send message '%s'.\n",(char *)NLMSG_DATA(nlh));

    netlink_unicast(nl_sk,skb_1,pid,MSG_DONTWAIT);

}

int stringlength(char *s)
{
    int slen = 0;


    for(; *s; s++){
        slen++;
    }

    return slen;
}

void nl_data_ready(struct sk_buff *__skb)
 {
     struct sk_buff *skb;
     struct nlmsghdr *nlh;
     char str[100];
    struct completion cmpl;
    int i=10;
     skb = skb_get (__skb);
     if(skb->len >= NLMSG_SPACE(0))
     {
         nlh = nlmsg_hdr(skb);

         memcpy(str, NLMSG_DATA(nlh), sizeof(str));
           printk("Message received:%s\n",str) ;
             pid = nlh->nlmsg_pid;
    while(i--)
    {
        init_completion(&cmpl);
     wait_for_completion_timeout(&cmpl,3 * HZ);
        sendnlmsg("I am from kernel!");
    }
        flag = 1;
         kfree_skb(skb);
    }

 }

// Initialize netlink

int netlink_init(void)
{


    nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST, 1,
                                 nl_data_ready, NULL, THIS_MODULE);

    if(!nl_sk){
        printk(KERN_ERR "my_net_link: create netlink socket error.\n");
        return 1;
    }

    printk("my_net_link_3: create netlink socket ok.\n");


    return 0;
}

static void netlink_exit(void)
{
    if(nl_sk != NULL){
        sock_release(nl_sk->sk_socket);
    }

    printk("my_net_link: self module exited\n");
}

module_init(netlink_init);
module_exit(netlink_exit);

MODULE_AUTHOR("frankzfz");
MODULE_LICENSE("GPL");


下面是用户空间的程序：

#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <asm/types.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/socket.h>
#include <errno.h>

#define NETLINK_TEST 25
#define MAX_PAYLOAD 1024 // maximum payload size

int main(int argc, char* argv[])
{
    int state;
    struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
    struct nlmsghdr *nlh = NULL;
    struct iovec iov;
    struct msghdr msg;
    int sock_fd, retval;
    int state_smg = 0;
    // Create a socket

    sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_TEST);
    if(sock_fd == -1){
        printf("error getting socket: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }

    // To prepare binding

    memset(&msg,0,sizeof(msg));
    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; // multi cast


    retval = bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr));
    if(retval < 0){
        printf("bind failed: %s", strerror(errno));
        close(sock_fd);
        return -1;
    }

    // To prepare recvmsg

    nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    if(!nlh){
        printf("malloc nlmsghdr error!\n");
        close(sock_fd);
        return -1;
    }

    memset(&dest_addr,0,sizeof(dest_addr));
    dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    dest_addr.nl_pid = 0;
    dest_addr.nl_groups = 0;

    nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
    nlh->nlmsg_pid = getpid();
    nlh->nlmsg_flags = 0;
    strcpy(NLMSG_DATA(nlh),"Hello you!");

    iov.iov_base = (void *)nlh;
   iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
    // iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;

    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
  
    msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
    msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
    msg.msg_iov = &iov;
    msg.msg_iovlen = 1;

    printf("state_smg\n");
    state_smg = sendmsg(sock_fd,&msg,0);

    if(state_smg == -1)
    {
        printf("get error sendmsg = %s\n",strerror(errno));
    }

    memset(nlh,0,NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    printf("waiting received!\n");
    // Read message from kernel

    while(1){
        printf("In while recvmsg\n");
        state = recvmsg(sock_fd, &msg, 0);
        if(state<0)
        {
            printf("state<1");
        }
        printf("In while\n");
        printf("Received message: %s\n",(char *) NLMSG_DATA(nlh));
    }

    close(sock_fd);

    return 0;
}


下面是Makefile文件：

obj-m := netlink_k.o
KERNELBUILD := /lib/modules/`uname -r`/build
default:
    @echo "BUILE Kmod"
    @make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
    gcc -o netlink_2 netlink_2.c
clean:
    @echo " CLEAN kmod"
    @rm -rf *.o
    @rm -rf .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions *.symvers .*.d


其中，netlink_k.c为内核的空间的程序。
    先运行内核代码netlink_k.ko，也就是在执行完makefile文件后，会生成一个netlink_k.ko文件，可以使用下面的命令进行安装，insmod netlink_k.ko，使用lsmod查看，当安装成功后，然后，执行./netlink用户空间程序，可以在另一个终端下执行dmesg命令，查看内核通信的情况。这里netlink程序向内核空间发送一个hello you！内核返回给一个I am from kernel!在这里使用了一个定时器，也就是每3秒中发送一次I am from kernel!只有内核把10个字符串全部发送完毕后，用户空间的sendmsg()才会返回，也就是在用户空间的netlink才会输出内核空间发送过来的数据，这里只有一个简单的程序，并没有什么实际的意义，因为，正如前面所说的一般情况下不会在回调函数中处理太多的东西，以免sendmsg()函数返回不及时。下面是使用dmesg命令输出的信息。

[873791.498039] my_net_link_3: create netlink socket ok.
[873810.263676] Message received:Hello
[873813.260848] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873816.260821] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873819.260860] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873822.260762] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873825.260883] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873828.260669] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873831.260714] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873834.260683] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873837.260666] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.
[873840.260632] my_net_link_4:send message 'I am from kernel!'.


参考网址：

 http://blog.csdn.net/wangjingfei/archive/2010/02/05/5288460.aspx

http://blog.csdn.net/liumang_D/archive/2010/03/25/5413042.aspx

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-netlink/?ca=dwcn-newsletter-linu