netlink浅谈

• 什么是netlink？

是IPC。用户进程之间，用户进程和内核之间。

是双向通信机制。比syscall、ioctl、procfs优越。

是socket，故具有socket API

是异步通信方式

像UDP，支持多播，sub/pub机制

内核模块化设计，可动态加载

总结：支持多播双向异步socket方式模块化通信机制。

• 哪些应用场景？

NETLINK_ROUTE、USERSOCK、FIREWALL、NETFILTER、KOBJECT_UEVEN、GENERIC

总结：内核路由子系统、防火墙等都在使用，用户进程的工具iproute2等也在使用。

• 举个简单例子说明使用怎么使用

 

/* netlink简单示例之: 检测网络设备up/down状态  */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void parse_rtattr(struct rtattr **tb, int max, struct rtattr *attr, int len)  
{  
    for (; RTA_OK(attr, len); attr = RTA_NEXT(attr, len)) {   
        if (attr->rta_type <= max) {   
            tb[attr->rta_type] = attr;  
        }   
    }   
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
    if (fd < 0) {
        perror("netlink socket fail");
        exit(-1);
    }
       
    struct sockaddr_nl sa;  // { nl_family, nl_pad, nl_pid, nl_groups }
    bzero(&sa, sizeof(sa));     
    sa.nl_family = AF_NETLINK;
    sa.nl_groups = RTMGRP_LINK;

    if (bind(fd, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa)) < 0) {
        perror("bind error");
        close(fd);
        exit(-1);
    }

    int rlen;
    socklen_t len = 0;
    char buff[2048] = {0};
    struct sockaddr_nl addr;
    struct nlmsghdr *nlh;
    struct rtattr *tb[IFLA_MAX + 1];
    struct ifinfomsg *ifinfo;
    int msglen = 0;
    
    /* 仅供演示,实际使用还是select/epoll */
    while(1) {
        len = sizeof(addr);
        rlen = recvfrom(fd, (void *)buff, sizeof(buff), 0, (struct sockaddr *)&addr, &len);
        if (rlen>0) {
            nlh = (struct nlmsghdr *)buff;
            for (; NLMSG_OK(nlh, rlen); nlh = NLMSG_NEXT(nlh, rlen)) {
                switch(nlh->nlmsg_type) {
                    case RTM_NEWLINK:
                    case RTM_DELLINK:
                        bzero(tb, sizeof(tb));
                        ifinfo = NLMSG_DATA(nlh);  
                        msglen = nlh->nlmsg_len - NLMSG_SPACE(sizeof(*ifinfo));  
                        parse_rtattr(tb, IFLA_MAX, IFLA_RTA (ifinfo), msglen);                          
                        if (tb[IFLA_IFNAME]) {   
                            printf("%s:%s\n", RTA_DATA(tb[IFLA_IFNAME]), (ifinfo->ifi_flags & IFF_UP) ? "up" : "down");  
                        }
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
        } else {
            sleep(1);
        }
    }

    /* 仅供演示,实际使用还是要处理退出 */
    close(fd);
    return 0;        
}

 

[root@~]#./a.out &
[root@~]#
[root@~]#ifconfig eth0 down up
eth0:down
eth0:up

 

• 点评上述例子

“支持多播双向异步socket方式模块化通信机制”，体现了哪些特点：

多播（订阅）---可运行多个实例，每个都会收到消息；

异步；socket方式；

代码量：相比PF_INET + ioctl的方式，为同一级别，比ioctl略少，这里只有设备up/down状态监测，如果是还需要其它功能，例如路由信息变化，那相比ioctl的优势会明显体现。

 

• 再来一个例子

来看iproute2。这个项目的librtnetlink提供下面API：

1. rtnl_open_byproto ： 创建AF_NETLINK socket

2. rtnl_talk ： 最终调用sendmsg和recvmsg通过netlink socket和内核通信

3. rtnl_listen： 最终调用recvmsg通过netlink socket收内核发来的消息

最终编译成ip可执行程序的ip.c，定义cmd结构体数组用来处理选项，例如用户的命令：ip route add default dev eth0，就是通过do_iproute来处理的。

 

static const struct cmd {
	const char *cmd;
	int (*func)(int argc, char **argv);
} cmds[] = {
	{ "address", 	do_ipaddr },
	{ "addrlabel",	do_ipaddrlabel },
	{ "maddress",	do_multiaddr },
	{ "route",	do_iproute },
……
	{ 0 }
};

调用链： main  - - ->  do_cmd  - - ->  do_iproute  - - ->  iproute_modify   - - ->  rtnl_talk   - - ->  sendmsg & recvmsg

 

• 深入一层，看看内核怎么实现的

因为呈现给用户的最终还是一个socket，从用户的角度来看，内核要实现一个DGRAM socket，利用L4 socket组件填充socket、bind、sendmsg、recvmsg系统调用。

双向异步socket方式多播：内部是DGRAM类型socket，因此天然具备这些特性。

内核实现进一步分析另文。