三、无线信息传递——Generic Netlink（一、初始化）
系列说明
上一篇说明了无线信息的user space至kernel space的大致传递流程，这一主要针对以下3点进行一个顺序的描述：
- 1、无线驱动信息传递框架：说明无线信息传递的步骤流程以及各程序块之间的联系；
- 2、generic Netlink信号传递机制：hostapd与无线驱动之间的信息传递机制；
- 3、以ssid为例说明用户将user space中的ssid配置内容传递至kernel space的流程：以此系统地了解整个无线信息传递流程。
上篇中，多次提到了genetlink，他的全名为generic netlink。而generic netlink在user space和kernel space之间起到了关键性的作用。由于内容较多，这一篇就对generic netlink进行第一阶段的分析。下一篇再通过一个具体的代码例子系统地说明generic netlink是怎么让user space和kernel space双向通信的。
关于generic netlink的两篇说明均参考下面的两篇链接，这里由链接的文章作出自己的总结：
Generic Netlink内核实现分析（一）：初始化
Generic Netlink内核实现分析（二）：通信
一、generic netlink
为什么会出现generic netlink？
因为netlink最多只支持32个协议簇，所以generic netlink的出现是为扩展netlink协议簇而设计，即是netlink协议簇的子集。
博文中是这样说明的：Generic Netlink 是内核专门为了扩展netlink协议簇而设计的“通用netlink协议簇”。由于netlink协议最多支持32个协议簇，目前Linux4.1的内核中已经使用其中21个，对于用户需要定制特殊的协议类型略显不够，而且用户还需自行在include/linux/netlink.h中添加簇定义（略显不妥），为此Linux设计了这种通用Netlink协议簇，用户可在此之上定义更多类型的子协议。
generic netlink在程序中的代码实现框架：
从上图中可以看出Generic Netlink也还是需要借助Netlink来完成用户环境和内核环境的信息传递。用户层发信息先至Netlink，然后再转给Generic netlink分支，再至内核；同样的内核发信息先发给Generic netlink分支，然后再通过netlink传给用户层。
框图中Ctrl控制器是一种特殊类型的Genetlink协议族，它用于用户空间通过Genetlink簇名查找对应的ID号。
以下为netlink类型的消息结构：
具象化地来说，上面的三幅图内容如下图说明所示：
二、generic netlink主要结构体
/*
* 为上图中的family header
*/
struct genlmsghdr {
__u8 cmd; //表示消息命令，对于用户自己定义的每个子协议类型都需要定义特定的消息命令集，这里该字段表示当前消息的消息命令
__u8 version; //version字段表示版本控制（可以在在不破坏向后兼容性的情况下修改消息的格式），可以不使用该字段
__u16 reserved; //保留字段
};/*
* Generic Netlink按照family进行管理，用户需注册自己定义的genl_family结构，同时内核使用一个哈希表family_ht对已经注册的genl family进行管理
*/
struct genl_family {
struct list_head list; //链表结构，用于将当前当前簇链入全局family_ht散列表中
unsigned int id; //genl family的ID号，一般由内核进行分配，取值范围为GENL_MIN_ID~GENL_MAX_ID（16~1023），其中GENL_ID_CTRL为控制器的family ID，不可另行分配，该familyID全局唯一并且在family_ht中的位置也由该值确定
unsigned int hdrsize; //用户私有报头的长度，即上图中可选的user msg header长度，若没有则为0
unsigned int version; //版本号
unsigned int maxattr; //消息属性attr最大的类型数（即该genl family所支持的最大attr属性类型的种类个数）
const char *name; //genl family的名称，必须是独一无二且用户层已知的（用户通过它来向控制查找family id）
bool netnsok; //指示当前簇是否能够处理网络命名空间
struct nlattr **attrbuf; //保存拷贝的attr属性缓存
int (*pre_doit)(struct genl_ops *ops, struct sk_buff *skb, struct genl_info *info); //调用genl_ops结构中处理消息函数doit()前调用的钩子函数，一般用于执行一些前置的当前簇通用化处理，例如对临界区加锁等
void (*post_doit)(struct genl_ops *ops, struct sk_buff *skb, struct genl_info *info); //调用genl_ops结构中处理消息函数doit()后调用的钩子函数，一般执行pre_doit函数相反的操作
void (*mcast_unbind)(struct net *net, int group); //在解绑定socket到一个特定的genl netlink组播组中调用（目前内核中没有相关使用）
int (*mcast_bind)(struct net *net, int group); //在绑定socket到一个特定的genl netlink组播组中调用（目前内核中没有相关使用）
const struct genl_multicast_group *mcgrps; //保存当前簇使用的组播组及组播地址的个数
unsigned int n_mcgrps;
const struct genl_ops * ops; //保存genl family命令处理结构即命令的个数，后面详细描述
unsigned int n_ops;
};
/*
* 该结构用于注册genl family的用户命令cmd处理函数（对于只向应用层发送消息的簇可以不用实现和注册该结构）
*/
struct genl_ops {
u8 cmd; //簇命令类型，由用户自行根据需要定义
u8 internal_flags; //簇私有标识，用于进行一些分支处理，可以不使用
unsigned int flags; //操作标识,有下面四中类型
const struct nla_policy *policy; //属性attr有效性策略，若该字段不为空，在genl执行消息处理函数前会对消息中的attr属性进行校验，否则则不做校验
int (*doit)(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info); //标准命令回调函数，在当前族中收到数据时触发调用，函数的第一个入参skb中保存了用户下发的消息内容
int (*dumpit)(struct sk_buff *skb, struct netlink_callback *cb); //转储回调函数，当genl_ops的flag标志被添加了NLM_F_DUMP以后会调用该回调函数，这里的第一个入参skb中不再有用户下发消息内容，而是要求函数能够在传入的skb中填入消息载荷并返回填入数据长度
int (*done)(struct netlink_callback *cb); //转储结束后执行的回调函数
};
#define GENL_ADMIN_PERM 0x01 /* 当设置该标识时表示本命令操作需要具有CAP_NET_ADMIN权限 */
#define GENL_CMD_CAP_DO 0x02 /* 当genl_ops结构中实现了doit()回调函数则设置该标识 */
#define GENL_CMD_CAP_DUMP 0x04 /* 当genl_ops结构中实现了dumpit()回调函数则设置该标识 */
#define GENL_CMD_CAP_HASPOL 0x08 /* 当genl_ops结构中定义了属性有效性策略（nla_policy）则设置该标识 */
/*
* 内核在接收到用户的genetlink消息后，会对消息解析并封装成genl_info结构，便于命令回调函数进行处理
*/
struct genl_info {
struct sock* dst_sk; //目的socket
u32 snd_seq; //消息的发送序号（不强制使用）
u32 snd_pid; //消息发送端socket所绑定的ID
struct genlmsghdr *genlhdr; //generic netlink消息头
struct nlattr **attrs; //netlink属性，包含了消息的实际载荷
void *user_ptr[2]; //用户私有报头
struct nlmsghdr* nlhdr; //netlink消息头
};
那么这几个结构体有什么联系呢？
回到原来netlink解析的图。
从接收到user space的消息顺序来看：
genlmsghdr（第一个结构体）在第二层中的family header中使用，用于获取接收到的消息的cmd命令；
然后是genl_info（第四个结构体），该结构体中的attrs包含了消息的实际载荷，以此可以获取到用户传下来的id，程序中从全局family_ht[]（这里的family_ht链表在程序运行时通过调用genl_register_family接口向该链表添加family协议簇）表示的哈希表中找到相同对应id的genl_family(第二个结构体)。
genl_family一般是控制器协议簇，结构体中有两个重要内容。一个为name，user space以此向内核获取family id来建立与内核通信的连接，所以user space想要与内核通信时，这里的name与user space的name必须一致，同时name也需要确保他的一致性。另外一个为ops列表，其中包含genl_ops（第三个结构体）。
genl_ops结构体用于调用上层用户发下来的命令的对应的回调处理函数。
三、Generic netlink 初始化
在了解了generic netlink的主要几个结构体之后，接下来继续对genetlink初始化的了解会方便很多。下面我们以一个程序流程图和generic netlink的基本几段程序来进行初始化说明。
static int __init genl_init(void)
{
int i, err;
for (i = 0; i < GENL_FAM_TAB_SIZE; i++)
INIT_LIST_HEAD(&family_ht[i]); //初始化用于保存和维护Generic netlink family的散列表family_ht数组，其中family_ht为一个全局变量
err = genl_register_family_with_ops_groups(&genl_ctrl, genl_ctrl_ops, genl_ctrl_groups); //向内核Generic netlink子系统注册控制器簇类型的Genetlink Family（genl_ctrl_groups, genl_ctrl和genl_ctrl_ops, genl_register_family_with_ops_groups如下面代码所示）
if (err < 0)
goto problem;
err = register_pernet_subsys(&genl_pernet_ops); //为当前系统中的网络命名空间创建Generic Netlink套接字（在下面代码中说明）
if (err)
goto problem;
return 0;
problem:
panic("GENL: Cannot register controller: %d\n", err);
}
static struct genl_family genl_ctrl = {
.id = GENL_ID_CTRL, //GENL_ID_CTRL(16)，分配区间的最小值
.name = "nlctrl",
.version = 0x2,
.maxattr = CTRL_ATTR_MAX, //maxattr定义为支持的attr属性最大个数CTRL_ATTR_MAX（表示该genl family所支持的最大attr属性类型的种类个数），如下枚举所示
.netnsok = true, //为true表示支持net命名空间
};
enum {
CTRL_ATTR_UNSPEC,
CTRL_ATTR_FAMILY_ID,
CTRL_ATTR_FAMILY_NAME,
CTRL_ATTR_VERSION,
CTRL_ATTR_HDRSIZE,
CTRL_ATTR_MAXATTR,
CTRL_ATTR_OPS,
CTRL_ATTR_MCAST_GROUPS,
__CTRL_ATTR_MAX,
};
#define CTRL_ATTR_MAX(__CTRL_ATTR_MAX - 1)
static struct genl_ops genl_ctrl_ops[] = {
{
.cmd = CTRL_CMD_GETFAMILY, //用于应用空间从内核中获取指定family名称的ID号的命令（因为该ID号在内核注册family时由内核进行分配，应用空间一般只知道需要通信的family name，但是要发起通信就必须知道该ID号，所以内核设计了控制器类型的family并定义了CTRL_CMD_GETFAMILY命令的处理接口用于应用程序查找ID号）
.doit = ctrl_getfamily, //回调执行函数
.dumpit = ctrl_dumpfamily,
.policy = ctrl_policy, //有效性策略为ctrl_policy（如下代码所示）
},
};
//attr有效性策略为ctrl_policy,这里获取应用的值笔者理解为attr[CTRL_ATTR_FAMILY_ID]获取到cmd的id（u16类型）,attr[CTRL_ATTR_FAMILY_NAME]获取到的为cmd的msg（string类型）
static const struct nla_policy ctrl_policy[CTRL_ATTR_MAX+1] = {
[CTRL_ATTR_FAMILY_ID] = { .type = NLA_U16 }, //属性限定类型为16位无符号数
[CTRL_ATTR_FAMILY_NAME] = { .type = NLA_NUL_STRING, //属性限定为空结尾的字符串类型并限定了长度
.len = GENL_NAMSIZ - 1 },
};
//注册的组播组
static struct genl_multicast_group genl_ctrl_groups[] = {
{
.name = "notify", //添加了name为”notify“的组播组
},
};
#define genl_register_family_with_ops_groups(family, ops, grps) \
_genl_register_family_with_ops_grps((family), \
(ops), ARRAY_SIZE(ops), \
(grps), ARRAY_SIZE(grps))
static inline int
_genl_register_family_with_ops_grps(struct genl_family *family,
const struct genl_ops *ops, size_t n_ops,
const struct genl_multicast_group *mcgrps,
size_t n_mcgrps)
{
family->module = THIS_MODULE;
family->ops = ops; //genl_family中赋值genl_ops类型的genl_ctrl_ops指针
family->n_ops = n_ops;
family->mcgrps = mcgrps; //genl_family赋值genl_multicast_group类型的genl_ctrl_groups指针
family->n_mcgrps = n_mcgrps;
return __genl_register_family(family); //继续注册
}
int __genl_register_family(struct genl_family *family)
{
int err = -EINVAL, i;
if (family->id && family->id < GENL_MIN_ID) //对入参的ID号进行判断，一般来说，为了保证ID号的全局唯一性，程序中一般都设置为GENL_ID_GENERATE，由内核统一分配（当然这里注册控制器family除外了）
goto errout;
if (family->id > GENL_MAX_ID)
goto errout;
err = genl_validate_ops(family); //对ops函数集做校验
//校验内容为：
// 1、每一个注册的genl_ops结构，其中doit和dumpit回调函数必须至少实现一个
// 2、针对的cmd命令不可以出现重复
if (err)
return err;
genl_lock_all(); //上锁开始启动链表操作
if (genl_family_find_byname(family->name)) { //前面已经说明family中的name需要确保其唯一性，所以这里进行判断是否有name重复，有则不符合，不进行注册
err = -EEXIST;
goto errout_locked;
}
if (family->id == GENL_ID_GENERATE) { //判断传入的ID号是否为GENL_ID_GENERATE，若是则由内核分配一个空闲的ID号
u16 newid = genl_generate_id();
if (!newid) {
err = -ENOMEM;
goto errout_locked;
}
family->id = newid;
} else if (genl_family_find_byid(family->id)) { //不是内核分配时，判断是否已经存在该id号，有则不注册
err = -EEXIST;
goto errout_locked;
}
if (family->maxattr && !family->parallel_ops) { //根据注册的最大attr参数maxattr（注意仅仅是保存属性的地址而非内容）
family->attrbuf = kmalloc((family->maxattr+1) * sizeof(struct nlattr *), GFP_KERNEL); //分配内核空间（GFP_KERNEL）
if (family->attrbuf == NULL) {
err = -ENOMEM;
goto errout_locked;
}
} else
family->attrbuf = NULL;
err = genl_validate_assign_mc_groups(family); //调用genl_validate_assign_mc_groups()函数判断新增组播地址空间
/*
* 这里的genl_validate_assign_mc_groups接口一共做3件事：
* 1、判断注册family的group组播名的有效性
* 2、为该family分配组播地址比特位并将bit偏移保存到family->mcgrp_offset变量中（由于generic netlink中不同类型的family簇共用NETLINK_GENERIC协议类型的group组播地址空间，因此内核特别维护了几个全局变量mc_groups_longs、mc_groups和mc_group_start用以维护组播地址的比特位，另外对于几种特殊的family是已经分配了的。无需再行分配，例如这里的crtl控制器）
* 3、更新全局nl_table对应的NETLINK_GENERIC协议类型netlink的groups标识
*/
if (err)
goto errout_locked;
list_add_tail(&family->family_list, genl_family_chain(family->id)); //将family注册到链表中
genl_unlock_all();
/* send all events */
genl_ctrl_event(CTRL_CMD_NEWFAMILY, family, NULL, 0); //调用genl_ctrl_event()函数向内核的控制器family发送CTRL_CMD_NEWFAMILY和CTRL_CMD_NEWMCAST_GRP命令消息
for (i = 0; i < family->n_mcgrps; i++)
genl_ctrl_event(CTRL_CMD_NEWMCAST_GRP, family, &family->mcgrps[i], family->mcgrp_offset + i);
return 0;
errout_locked:
genl_unlock_all();
errout:
return err;
}
EXPORT_SYMBOL(__genl_register_family);static int __net_init genl_pernet_init(struct net *net)
{
//定义了genetlink内核套接字的配置
struct netlink_kernel_cfg cfg = {
.input = genl_rcv, //消息处理函数
.flags = NL_CFG_F_NONROOT_RECV,
.bind = genl_bind, //套接字绑定函数
.unbind = genl_unbind, //套接字解绑定函数
};
/* we'll bump the group number right afterwards */
net->genl_sock = netlink_kernel_create(net, NETLINK_GENERIC, &cfg); //内核套接字的注册，并将生成的套接字赋值到网络命名空间net的genl_sock中，以后就可以通过net->genl_sock来找到genetlink内核套接字了（这里netlink的说明可以参考文章末尾链接）
if (!net->genl_sock && net_eq(net, &init_net))
panic("GENL: Cannot initialize generic netlink\n");
if (!net->genl_sock)
return -ENOMEM;
return 0;
}
netlink说明参考博文：
http://blog.csdn.net/luckyapple1028/article/details/50839395（创建）
http://blog.csdn.net/luckyapple1028/article/details/50936563（通信）