netlink机制
netlink是一种基于网络的机制，允许在内核内部以及内核与用户层之间进行通信。最早在内核2.2引入，旨在替代笨拙的IOCTL，IOCTL不能从内核向用户空间发送异步消息，而且必须定义IOCTL号。
Netlink协议定义在RFC3549中。以前是可以编译成模块，现在直接集成到内核了。与profs和sysfs相比，有一些优势如下：
不需要轮询；系统调用和ioctl也能从用户层想内核传递信息，但是难以实现，另外netlink不会和模块冲突；内核可以直接向用户层发送信息；使用标准的套接字即可。
/proc/net/netlink文件中包含了当前活动的netlink连接信息。
代码位于net/netlink中。
af_netlink.c af_netlink.h diag.c genetlink.c
其中genetlink提供通用的Netlink API,af_netlink提供了套接字API,diag是监视接口提供用于读写有关Netlink套接字的信息。
1.1.1 Netlink子系统初始化
通过函数netlink_proto_init(net/netlink/af_netlink.c)向内核注册协议。
static int __init netlink_proto_init(void)
{
int i;
int err = proto_register(&netlink_proto, 0);
if (err != 0)
goto out;
BUILD_BUG_ON(sizeof(struct netlink_skb_parms) > FIELD_SIZEOF(struct sk_buff, cb));
nl_table = kcalloc(MAX_LINKS, sizeof(*nl_table), GFP_KERNEL);
if (!nl_table)
goto panic;
for (i = 0; i < MAX_LINKS; i++) {
if (rhashtable_init(&nl_table[i].hash,
&netlink_rhashtable_params) < 0) {
while (--i > 0)
rhashtable_destroy(&nl_table[i].hash);
kfree(nl_table);
goto panic;
}
}
netlink_add_usersock_entry();
sock_register(&netlink_family_ops);
register_pernet_subsys(&netlink_net_ops);
register_pernet_subsys(&netlink_tap_net_ops);
/* The netlink device handler may be needed early. */
rtnetlink_init();
out:
return err;
panic:
panic("netlink_init: Cannot allocate nl_table\n");
}
创建并初始化了nl_table表数组，这个表是整个netlink实现的关键一步，每种协议类型占数组中的一项，后续内核中创建的不同种协议类型的netlink都将保存在这个表中，由该表统一维护,该表结构如下：
struct netlink_table {
struct rhashtable hash;
struct hlist_head mc_list;
struct listeners __rcu *listeners;
unsigned int flags;
unsigned int groups;
struct mutex *cb_mutex;
struct module *module;
int (*bind)(struct net *net, int group);
void (*unbind)(struct net *net, int group);
bool (*compare)(struct net *net, struct sock *sock);
int registered;
};
然后调用sock_register(源码：sock_register(&netlink_family_ops);)向内核注册协议处理函数，即将netlink的socket创建处理函数注册到内核中，以后应用层创建netlink类型的socket时将会调用该协议处理函数，其中netlink_family_ops函数的定义如下，可以知道每次创建PF_NETLINK(AF_NETLINK)类型的socket()系统调用时，将由netlink_create()函数负责处理。
static const struct net_proto_family netlink_family_ops = {
.family = PF_NETLINK,
.create = netlink_create,
.owner = THIS_MODULE, /* for consistency 8) */
};
继续调用register_pernet_subsys，
register_pernet_subsys(&netlink_net_ops);
register_pernet_subsys(&netlink_tap_net_ops);
该函数向内核的网络命名空间注册”子系统“的初始化和析构函数，在网络命名空间创建和注销时会调用这里注册的初始化和析构函数。netlink_net_ops定义如下：
static struct pernet_operations __net_initdata netlink_net_ops = {
.init = netlink_net_init,
.exit = netlink_net_exit,
};
netlink_net_init()会在文件系统中为每个网络命名空间创建一个proc入口，而netlink_net_exit()就是则销毁。
最后调用rtnetlink_init()创建NETLINK_ROUTE协议类型的Netlink，用来传递网络路由子系统、邻居子系统、接口设置、防火墙等消息。整个Ｎetlink子系统初始化完成
1.1.2 使用
Netlink套接字可以是SOCK_RAW套接字，也可以是SOCK_DGRAM套接字。内核和用户空间都可以使用Netlink套接字，只是调用的方法不同，用户空间使用传统的socket系统调用，内核态使用netlink_kernel_create函数。最终都会调用__netlink_create方法。
然后创建一个sockaddr_nl结构来表示用户空间或内核Netlink套接字的地址。
开发使用Netlink套接字来收发数据的用户空间应用程序时，推荐使用libnl API。Libnl包还包含支持通用Netlink簇、路由选择簇和Netfilter簇的库。
Netlink套接字不仅用于网络子系统，还用于其他子系统如：SELinux、audit、uevent等。
Netlink采用地址编码，struct sockaddr_nl，每个通过netlink发出的消息都必须附带一个netlink自己的消息头(struct nlmsghdr)。
下面来看下相关的数据结构。
1.1.3 数据结构
所有socket之间的通信，必须有个地址结构，netlink的地址结构如下：
sockaddr_nl定义在include/uapi/linux/netlink.h文件中。
struct sockaddr_nl {
__kernel_sa_family_t nl_family; /* AF_NETLINK */
unsigned short nl_pad; /* zero */
__u32 nl_pid; /* port ID */
__u32 nl_groups; /* multicast groups mask */
};
最关键的是nl_family，所支持的定义在include/uapi/linux/netlink.h。在内核网络栈中，可创建多种Netlink套接字，每种内核套接字可处理不同的类型消息。例如，NETLINK_ROUTE消息，通过和NETLINK_ROUTE协议通信，可以获得内核的路由信息。
…..
#define NETLINK_CRYPTO 21 /* Crypto layer */
#define NETLINK_SMC 22 /* SMC monitoring */
现在支持到了23个族。
Netlink_kernel_cfg结构体包含用于创建Netlink套接字的可选参数, 是内核netlink配置结构。
/* optional Netlink kernel configuration parameters */
struct netlink_kernel_cfg {
unsigned int groups;
unsigned int flags;
void (*input)(struct sk_buff *skb);
struct mutex *cb_mutex;
int (*bind)(struct net *net, int group);
void (*unbind)(struct net *net, int group);
bool (*compare)(struct net *net, struct sock *sk);
};
每个协议族都需要在内核中注册一个net_proto_family实例。
该结构体如下：
struct net_proto_family {
int family;
int (*create)(struct net *net, struct socket *sock,
int protocol, int kern);
struct module *owner;
};
1.1.4 消息格式
在用户空间和内核空间进行交换时候，必须采用特定的格式。消息的开头是长度固定的netlink报头。
报头的结构体为nlmsghdr结构体，共16个字节。
struct nlmsghdr {
__u32 nlmsg_len; /* Length of message including header */
__u16 nlmsg_type; /* Message content */
__u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */
__u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */
__u32 nlmsg_pid; /* Sending process port ID */
};
整个消息长度，包括首部和任何所需的填充字节，在nlmsg_len。nlmsg_pid是发送消息的用户程序进程PID。nlmsg_seq序列号，用于排列消息，并不是必须的。nlmsg_flags例如是NLM_F_REQUEST。nlmsg_type表示消息类型,如NLMMSG_ERROR发生了错误。
netlink的消息头后面跟着的是消息的有效载荷部分，它采用的是格式为“类型——长度——值”，简写TLV。其中类型和长度使用属性头nlattr来表示。其中nla_len表示属性长度；nla_type表示属性类型，取值定义在include\net\netlink.h中。
netlink属性头是struct nlattr,定义在include/uapi/linux/netlink.h中，
struct nlattr {
__u16 nla_len;
__u16 nla_type;
};
1.1.5 关于使用
使用Netlink的方法如下，先运行netlink内核模块；然后运行用户态程序，向内核发送连接消息，通知内核用户的进程id；内核接收用户消息，记录其进程id；内核向用户进程id发送netlink消息；用户接收内核发送的netlink消息。Ok,整体流程这样。
此外，为了获取netlink报文中数据的方便，netlink提供了下面几个宏进行数据的获取和解包操作,定义在include/uapi/linux/netlink.h
#define NLMSG_ALIGNTO 4U
#define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) )
#define NLMSG_HDRLEN ((int) NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr)))
#define NLMSG_LENGTH(len) ((len) + NLMSG_HDRLEN)
#define NLMSG_SPACE(len) NLMSG_ALIGN(NLMSG_LENGTH(len))
#define NLMSG_DATA(nlh) ((void*)(((char*)nlh) + NLMSG_LENGTH(0)))
#define NLMSG_NEXT(nlh,len) ((len) -= NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len), \
(struct nlmsghdr*)(((char*)(nlh)) + NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len)))
#define NLMSG_OK(nlh,len) ((len) >= (int)sizeof(struct nlmsghdr) && \
(nlh)->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) && \
(nlh)->nlmsg_len <= (len))
#define NLMSG_PAYLOAD(nlh,len) ((nlh)->nlmsg_len - NLMSG_SPACE((len)))
从用户空间接收的数据将由netlink_kernel_cfg结构体中的input指定函数来处理。