Netlink—基于socket的Linux内核—用户空间通信机制(2)

2009-10-27 16:00

3.3 Netlink关键技术

在内核源码有关Netlink协议的头文件中包含了内核预定义的协议类型，如下所示：

#define NETLINK_ROUTE         0    /* Routing/device hook */

#define NETLINK_W1             1     /* 1-wire subsystem */

#define NETLINK_USERSOCK     2     /* Reserved for user mode socket protocols */

#define NETLINK_FIREWALL      3     /* Firewalling hook */

#define NETLINK_INET_DIAG     4       /* INET socket monitoring */

#define NETLINK_NFLOG         5       /* netfilter/iptables ULOG */

#define NETLINK_XFRM          6       /* ipsec */

#define NETLINK_SELINUX       7       /* SELinux event notifications */

#define NETLINK_ISCSI           8       /* Open-iSCSI */

#define NETLINK_AUDIT          9       /* auditing */

#define NETLINK_FIB_LOOKUP    10

#define NETLINK_CONNECTOR    11

#define NETLINK_NETFILTER      12      /* netfilter subsystem */

#define NETLINK_IP6_FW          13

#define NETLINK_DNRTMSG       14      /* DECnet routing messages */

#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT 15      /* Kernel messages to userspace */

#define NETLINK_GENERIC        16

上述这些协议已经为不同的系统应用所使用，每种不同的应用都有特有的传输数据的格式，因此如果用户不使用这些协议，需要加入自己定义的协议号。对于每一个Netlink协议类型，可以有多达 32多播组，每一个多播组用一个位表示，Netlink 的多播特性使得发送消息给同一个组仅需要一次系统调用，因而对于需要多拨消息的应用而言，大大地降低了系统调用的次数。

建立Netlink会话过程如下：

内核使用与标准socket API类似的一套API完成通信过程。首先通过netlink_kernel_create()创建套接字，该函数的原型如下：

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);

其中net参数是网络设备命名空间指针，input函数是netlink socket在接受到消息时调用的回调函数指针，module默认为THIS_MODULE.

然后用户空间进程使用标准Socket API来创建套接字，将进程ID发送至内核空间，用户空间创建使用socket()创建套接字，该函数的原型如下：

int socket(int domain, int type, int protocol);

其中domain值为PF_NETLINK，即Netlink使用协议族。protocol为Netlink提供的协议或者是用户自定义的协议，Netlink提供的协议包括NETLINK_ROUTE, NETLINK_FIREWALL, NETLINK_ARPD, NETLINK_ROUTE6和 NETLINK_IP6_FW。

接着使用bind函数绑定。Netlink的bind()函数把一个本地socket地址(源socket地址)与一个打开的socket进行关联。完成绑定，内核空间接收到用户进程ID之后便可以进行通讯。

用户空间进程发送数据使用标准socket API中sendmsg()函数完成，使用时需添加struct msghdr消息和nlmsghdr消息头。一个netlink消息体由nlmsghdr和消息的payload部分组成，输入消息后，内核会进入nlmsghdr指向的缓冲区。

内核空间发送数据使用独立创建的sk_buff缓冲区，Linux定义了如下宏方便对于缓冲区地址的设置，如下所示：

#define NETLINK_CB(skb) (*(struct netlink_skb_parms*)&((skb)->cb))

在对缓冲区设置完成消息地址之后，可以使用netlink_unicast()来发布单播消息，netlink_unicast()原型如下：

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

参数sk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时睡眠。

内核模块或子系统也可以使用函数netlink_broadcast来发送广播消息：

void netlink_broadcast(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 pid, u32 group, int 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。

接收数据时程序需要申请足够大的空间来存储netlink消息头和消息的payload部分。然后使用标准函数接口recvmsg()来接收netlink消息。