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Netlink 是 Linux 内核与用户空间进程之间进行通信的机制之一,一种特殊的进程间通信(IPC) 。它是一种全双工、异步的通信机制#xff0c;允许内核与用户空间之间传递消息。Netlink 主要用于内核模块与用户空间程序之间进行通信#xff0c;也被一些用户空间工具用于与内…前言
Netlink 是 Linux 内核与用户空间进程之间进行通信的机制之一,一种特殊的进程间通信(IPC) 。它是一种全双工、异步的通信机制允许内核与用户空间之间传递消息。Netlink 主要用于内核模块与用户空间程序之间进行通信也被一些用户空间工具用于与内核进行交互比如 ip 命令。
Netlink 的主要特点
异步通信发送方和接收方是独立的不需要等待对方的响应因此是异步通信。多播支持可以通过多播组的方式实现一对多的通信。全双工可以同时进行收发消息不像一些其他通信机制是单向的。支持多种消息类型Netlink 支持多种消息类型不同类型的消息有不同的用途。
Netlink 的基本使用流程
创建 Netlink 套接字 在内核或用户空间中创建 Netlink 套接字。在内核空间可以使用netlink_kernel_create 函数在用户空间使用 socket 函数创建 Netlink 套接字。绑定套接字到 Netlink 组 对于用户空间的 Netlink 套接字可以通过 bind 函数将套接字绑定到一个 Netlink 组。内核空间的 Netlink 套接字通常使用 NETLINK_KERNEL 类型。发送消息 应用层使用 sendmsg 函数发送消息给内核驱动。消息的格式通常是 struct nlmsghdr你可以在消息中携带不同的有效负载。内核驱动接收方可以注册一个回调函数当消息到达时内核会调用这个回调函数。在用户空间可以使用 recvmsg 函数接收消息。
什么是netlink组
在 Netlink 中组Group是一种机制它允许多个进程注册到同一个 Netlink类型并接收相同类型的消息。使用组的概念可以实现一对多的通信机制。每个 Netlink 套接字可以加入一个或多个组然后发送到该组的消息将被组中的所有套接字接收。这使得多个进程可以同时监听并处理相同类型的消息。在 Netlink 中组是通过一个 32 位的标志位来表示的这个标志位被称为 Multicast Group ID。通过使用这个标志位可以方便地控制消息的分发。
Netlink 组的一些常用的组 ID
0 表示不加入任何组也就是说消息只会发送给明确指定的套接字。1 通常用于指定默认的组允许接收一些通用的消息。2 到 32 这些组的含义是由具体的协议或模块定义的。33 到 1023 保留给用户使用。1024 到 2047 保留给内核使用。
Netlink 组的使用
创建 Netlink 套接字时指定组 在用户空间使用 socket 函数创建 Netlink 套接字时可以通过 bind函数将套接字绑定到指定的组。内核中使用 mc_list 字段 在内核模块中使用 struct netlink_kernel_cfg 结构体的 mc_list 字段来指定加入的组。 static struct netlink_kernel_cfg my_netlink_cfg {.input my_netlink_receive,.mc_list my_netlink_groups, // 这是一个包含组 ID 的数组
};这里my_netlink_groups 是一个包含组 ID 的数组通过将套接字绑定到这些组可以实现一对多的消息分发。
本文目标
内核驱动与应用层完成数据的发送与接收单进程通信
代码正文
用户层代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include unistd.h
#include sys/socket.h
#include linux/netlink.h#define NETLINK_USER 31struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh NULL;
struct iovec iov;
struct msghdr msg;void handle_msg(struct nlmsghdr *nlh) {printf(Netlink Message Header:\n);printf( Length: %u\n, nlh-nlmsg_len);printf( Type: %u\n, nlh-nlmsg_type);printf( Flags: 0x%X\n, nlh-nlmsg_flags);printf( Sequence Number: %u\n, nlh-nlmsg_seq);printf( PID: %u\n, nlh-nlmsg_pid);printf(Received message: %s\n, (char *)NLMSG_DATA(nlh));
}int main() {int sock_fd socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);if (sock_fd 0) {perror(Error creating socket);return -1;}memset(src_addr, 0, sizeof(src_addr));src_addr.nl_family AF_NETLINK;src_addr.nl_pid getpid(); // Process IDsrc_addr.nl_groups 0; // Unicastbind(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; // To kernel.如果消息是发送给另一个进程的单播消息,nl_pid是另外一个进程的pid值而nl_groups为零。dest_addr.nl_groups 0; // Unicast// 分配消息缓冲区并设置消息头nlh malloc(NLMSG_SPACE(strlen(Hello from user space!) 1));strcpy(NLMSG_DATA(nlh), Hello from user space!);nlh-nlmsg_len NLMSG_SPACE(strlen(Hello from user space!) 1);nlh-nlmsg_pid getpid();nlh-nlmsg_flags 0;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;// Send a message to the kernelsendmsg(sock_fd, msg, 0);recvmsg(sock_fd, msg, 0);handle_msg(nlh);free(nlh);close(sock_fd);return 0;
}驱动代码
#include linux/module.h
#include net/sock.h
#include linux/netlink.h#define NETLINK_USER 31struct sock *nl_sk NULL;
void send_to_user(const char *message, u32 pid) {struct sk_buff *skb;struct nlmsghdr *nlh;int len strlen(message) 1;skb nlmsg_new(NLMSG_SPACE(len), GFP_KERNEL);if (!skb) {printk(KERN_ERR Failed to allocate skb\n);return;}nlh nlmsg_put(skb, 0, 0, NLMSG_DONE, len, 0);strncpy(nlmsg_data(nlh), message, len);netlink_unicast(nl_sk, skb, pid, MSG_DONTWAIT);
}void nl_recv_msg(struct sk_buff *skb) {struct nlmsghdr *nlh nlmsg_hdr(skb);
/*
Netlink 消息头的数据结构struct nlmsghdr {__u32 nlmsg_len; // 消息长度包括头部长度__u16 nlmsg_type; // 消息类型__u16 nlmsg_flags; // 消息标志__u32 nlmsg_seq; // 序列号__u32 nlmsg_pid; // 发送方进程的进程ID
};
*/ printk(-------------驱动收到消息-------------\n);printk(Netlink Message Header:\n);printk( Length: %u\n, nlh-nlmsg_len);printk( Type: %u\n, nlh-nlmsg_type);printk( Flags: 0x%X\n, nlh-nlmsg_flags);printk( Sequence Number: %u\n, nlh-nlmsg_seq);printk( PID: %u\n, nlh-nlmsg_pid);printk(Received message: %s\n, (char *)nlmsg_data(nlh));int pid nlh-nlmsg_pid; // Sending process IDsend_to_user(Hello from kernel!, pid);
}static struct netlink_kernel_cfg cfg {.input nl_recv_msg,//回调函数
};int init_module() {nl_sk netlink_kernel_create(init_net, NETLINK_USER, cfg);if (!nl_sk) {printk(KERN_ALERT Error creating socket.\n);return -10;}printk(KERN_INFO Netlink module loaded.\n);return 0;
}void cleanup_module() {netlink_kernel_release(nl_sk);printk(KERN_INFO Netlink module unloaded.\n);
}MODULE_LICENSE(GPL);编译与验证
驱动Makefile
KERNEL_DIR /lib/modules/$(shell uname -r)/build
#PWD $(shell pwd)
obj-m netlink_socket_dirver.oall:make -C $(KERNEL_DIR) M$(PWD) modulesclean:make -C $(KERNEL_DIR) M$(PWD) clean驱动编译
ubuntu:$ make all
make -C /lib/modules/5.4.0-150-generic/build M/netlink_socket modules
make[1]: Entering directory /usr/src/linux-headers-5.4.0-150-genericCC [M] netlink_socket/netlink_socket_dirver.o
/netlink_socket/netlink_socket_dirver.c: In function ‘nl_recv_msg’:
netlink_socket/netlink_socket_dirver.c:51:5: warning: ISO C90 forbids mixed declarations and code [-Wdeclaration-after-statement]int pid nlh-nlmsg_pid; // Sending process ID^~~Building modules, stage 2.MODPOST 1 modulesCC [M] netlink_socket/netlink_socket_dirver.mod.oLD [M] netlink_socket/netlink_socket_dirver.ko
make[1]: Leaving directory /usr/src/linux-headers-5.4.0-150-generic应用层编译
ubuntu:netlink_socket$ gcc netlink_socket_user.c -o netlink_socket_user.o验证执行
驱动加载
sudo insmod netlink_socket_dirver.kodmesg看log
[890093.196626] -------------驱动收到消息-------------
[890093.196627] Netlink Message Header:
[890093.196627] Length: 40
[890093.196628] Type: 0
[890093.196628] Flags: 0x0
[890093.196628] Sequence Number: 0
[890093.196628] PID: 96003
[890093.196629] Received message: Hello from user space!应用层打印
ubuntu:$ sudo ./netlink_socket_user.o
Netlink Message Header:Length: 35Type: 3Flags: 0x0Sequence Number: 0PID: 0
Received message: Hello from kernel!结果
成功验证
PS 希望能抛砖引玉
