[原创]Linux Generic Netlink 设计与实现

1. Generic Netlink 的数据结构

 

 

首先， Generic Netlink是按照Family管理的，内核的其它模块或子系统可以向它注册自己的Family. 所有的Family会存放在一张Hash链表上。

 

注册Family：

#define NLMSG_MIN_TYPE        0x10    /* < 0x10: reserved control messages */

#define GENL_ID_GENERATE    0
#define GENL_ID_CTRL        NLMSG_MIN_TYPE

#define GENL_MIN_ID    NLMSG_MIN_TYPE
#define GENL_MAX_ID    1023

如果Family ID是GENL_ID_GENERATE(被定义为0)，则表示由系统自动分配ID，否则表示指定固定ID。 指定的ID必须在大于0x10并小于等于1023.   0x10被预留给CTRL_FAMILY.
自动分配ID的方法是从0x10开始找到第一个未被分配的ID。可见Family ID是全局唯一的。
Family在Hash表上的位置由ID决定， ID & 0x0F, 也就是ID的低四Bit决定

Family name最好也是全局唯一的， 在genl_family_find_byname(char *name)函数中可见它是找到第一个匹配的name就返回的。

Family的maxattr：根据maxattr的值给struct nlattr ** attrbuf; 分配相应大小的内存。nlattr的作用后面会讲到。

 

每个Family都会有一个operations的列表，可以调用genl_register_ops()函数把各个ops添加到famliy 的ops_list;链表中。每个ops都有一个cmd和相应的Handler.

每个Family通常也都会有一个mc_group的列表。
每个mc_group都隶属于一个Famliy,  同一个Family内的mc_group不能有相同的name，
Name是由用户指定的，但是ID是由系统分配的，在genl_register_mc_group（）函数里面会分配ID
分配ID的方法是：在起始地址为mc_groups的内存地方设置一个bitmap, bit0初始化为1， 然后寻找第一个为零的Bit，该Bit的位置即为mc_group的ID， 并把该Bit置为1
这个Bitmap初始化时只有32Bit空间，随着Group数目的增多会动态增大。
可见：mc_group的ID是全局唯一的。

2. The Control Family

 

ctrl_family是一个特殊的Family, 它是由Generic Netlink自己注册和实现，并用来查询Family列表、管理各个Family的添加、删除等事件的。这里以ctrl_family为例看一下注册famly、注册ops、注册mcgroup的方法。

static struct genl_family genl_ctrl = {
    .id = GENL_ID_CTRL,
    .name = "nlctrl",
    .version = 0x2,
    .maxattr = CTRL_ATTR_MAX,
    .netnsok = true,
};

ID是0x10， 名字是nlctrl

它只有一个ops:

static struct genl_ops genl_ctrl_ops = {
    .cmd        = CTRL_CMD_GETFAMILY,
    .doit        = ctrl_getfamily,
    .dumpit        = ctrl_dumpfamily,
    .policy        = ctrl_policy,
};

只有一个mc_group，  名字为notify：

static struct genl_multicast_group notify_grp = {
    .name        = "notify",
};

这个group的ID被预留为0x10，而不是按照通用的规则分配的。

所谓policy， 是用来验证接收到的数据是否合适。 接收到数据由一个属性header（struct nlattr）和真正的数据构成， 对一种属性的数据， 定义一个policy,  如下代码表示如果数据CTRL_ATTR_FAMILY_ID属性的，那么其类型必须是U16.

static const struct nla_policy ctrl_policy[CTRL_ATTR_MAX+1] = {
    [CTRL_ATTR_FAMILY_ID]    = { .type = NLA_U16 },
    [CTRL_ATTR_FAMILY_NAME]    = { .type = NLA_NUL_STRING,
                 .len = GENL_NAMSIZ - 1 },
};

3. 用户空间程序查询Family列表 

分析用户空间程序向ctrl_family发送CTRL_CMD_GETFAMILY命令后，内核的执行流程和向用户程序反送结果的流程。 libmnl-1.0.2里面的genl-family-get.c文件：

nlh = mnl_nlmsg_put_header(buf);
    nlh->nlmsg_type    = GENL_ID_CTRL;
    nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ACK;
    nlh->nlmsg_seq = seq = time(NULL);

    genl = mnl_nlmsg_put_extra_header(nlh, sizeof(struct genlmsghdr));
    genl->cmd = CTRL_CMD_GETFAMILY;
    genl->version = 1;

可见做法是先构造nlmsghdr再构造genlmsghdr。

Nlmsghdr的nlmsg_type赋值为要接收消息的Family ID,
Genlmsghdr的cmd 赋值为要发送的CMD

mnl_attr_put_u32(nlh, CTRL_ATTR_FAMILY_ID, GENL_ID_CTRL);
    if (argc >= 2)
        mnl_attr_put_strz(nlh, CTRL_ATTR_FAMILY_NAME, argv[1]);
    else
        nlh->nlmsg_flags |= NLM_F_DUMP;

所谓attr, 意思就是标记要传送的数据是什么数据。
这里填充了两种属性的数据：CTRL_ATTR_FAMILY_ID和CTRL_ATTR_FAMILY_NAME
每种数据都是一个header紧跟真正的数据。如下图：

 

 

发送数据：

if (mnl_socket_sendto(nl, nlh, nlh->nlmsg_len) < 0) {
        perror("mnl_socket_send");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

内核接收到消息后会交由genl_rcv_msg 函数处理， 该函数找到相应cmd对应的doit函数并执行之。对于CTRL_CMD_GETFAMILY来说，就是ctrl_dumpfamily函数。这个函数构造好回复信息后调用genlmsg_reply发送回复到用户程序。

用户空间程序怎样监听某一个mc_group: 用setsockopt

mnl_socket_setsockopt(nl, NETLINK_ADD_MEMBERSHIP, &grp, sizeof(grp));

需要知道mc_group的ID才行。