linux下用户程序同内核通信实例一（netlink）

linux下用户程序同内核通信的方式一般有ioctl， proc文件系统，剩下一个就是Netlink套接字了。 这里先介绍下netlink。

先抄一段前辈对这几种通信方式的比较：

传送门http://blog.csdn.net/tqyou85/article/details/3939931

Netlink 是一种在内核与用户应用间进行双向数据传输的非常好的方式，用户态应用使用标准的 socket API 就可以使用 netlink 提供的强大功能，内核态需要使用专门的内核 API 来使用 netlink。

Netlink 相对于系统调用，ioctl 以及 /proc 文件系统而言具有以下优点：

1，为了使用 netlink，用户仅需要在 include/linux/netlink.h 中增加一个新类型的 netlink 协议定义即可， 如 #define NETLINK_MYTEST 17 然后，内核和用户态应用就可以立即通过 socket API 使用该 netlink 协议类型进行数据交换。但系统调用需要增加新的系统调用，ioctl 则需要增加设备或文件， 那需要不少代码，proc 文件系统则需要在 /proc 下添加新的文件或目录，那将使本来就混乱的 /proc 更加混乱。

2. netlink是一种异步通信机制，在内核与用户态应用之间传递的消息保存在socket缓存队列中，发送消息只是把消息保存在接收者的socket的接 收队列，而不需要等待接收者收到消息，但系统调用与 ioctl 则是同步通信机制，如果传递的数据太长，将影响调度粒度。

3．使用 netlink 的内核部分可以采用模块的方式实现，使用 netlink 的应用部分和内核部分没有编译时依赖，但系统调用就有依赖，而且新的系统调用的实现必须静态地连接到内核中，它无法在模块中实现，使用新系统调用的应用在编译时需要依赖内核。

4．netlink 支持多播，内核模块或应用可以把消息多播给一个netlink组，属于该neilink 组的任何内核模块或应用都能接收到该消息，内核事件向用户态的通知机制就使用了这一特性，任何对内核事件感兴趣的应用都能收到该子系统发送的内核事件，在 后面的文章中将介绍这一机制的使用。

5．内核可以使用 netlink 首先发起会话，但系统调用和 ioctl 只能由用户应用发起调用。

6．netlink 使用标准的 socket API，因此很容易使用，但系统调用和 ioctl则需要专门的培训才能使用。

下面这两部分代码主要的目的是用netlink机制实现用户程序和内核的通信。 具体就是用户程序执行./netlink -S [我是参数] 或./netlink -G 时，内核会返回"S know you!" 和“I know you!” 这两种字符串， 然后输出。 内核和用户程序均加有打印。

一、内核模块

1. Makefile依赖的编译规则 ruler.dir

PWD := $(shell pwd)

all: modules romfs

modules:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
	@echo $(OBJ)

modules_install:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules_install

romfs:
	cp -rf *.ko $(MODULES_BUILD_DIR)

clean:
	rm *.o *.ko *.mod.* Module.* modules.* 
	rm -rf $(MODULES_BUILD_DIR)

obj-m := $(MOD_NAME).o

2.Makefile

KERNEL_MODULES := netlink

export MODULES_ROOT_DIR := $(shell pwd)
export MODULES_BUILD_DIR := $(MODULES_ROOT_DIR)/build
export KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build #这行是为了取出系统下内核的目录(ubuntu)

all: init modules romfs

init:
	mkdir -p $(MODULES_BUILD_DIR)

modules:$(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES))

$(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES)):
	@echo
	@echo Building $(patsubst _dir_%, %, $@)
	$(MAKE) -C $(patsubst _dir_%, %, $@) all


romfs: $(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES))
$(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES)):
	$(MAKE) -C $(patsubst _romfs_%, %, $@) romfs


clean: $(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES))
	$(RM) $(BUILD_DIR)
$(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES)):
	@echo
	@echo Cleaning $(patsubst _dir_%, %, $@)
	$(MAKE) -C $(patsubst _clean_%, %, $@) clean

.PHONY:

3. ./netlink/netlink.c

/*
 * netlink.c
 *
 *  Created on: 2014 *      Author: cr
 */

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "usrlink.h"

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("MDAXIA");

struct sock *netlink_fd;


static void netlink_to_user(int dest, void *buf, int len)
{
	struct nlmsghdr *nl;
	struct sk_buff *skb;
	int size;

	size = NLMSG_SPACE(len);
	skb = alloc_skb(size, GFP_ATOMIC);
	if(!skb || !buf)
	{
		printk(KERN_ALERT "netlink_to_user skb of buf null!\n");
		return;
	}
	nl = nlmsg_put(skb, 0, 0, 0, NLMSG_SPACE(len) - sizeof(struct nlmsghdr), 0);
	NETLINK_CB(skb).pid = 0;
	NETLINK_CB(skb).dst_group = 0;

	memcpy(NLMSG_DATA(nl), buf, len);
	nl->nlmsg_len = (len > 2) ? (len - 2):len;

	netlink_unicast(netlink_fd, skb, dest, MSG_DONTWAIT);
	printk(KERN_ALERT "K send packet success\n");
}

static int process_hello_get(int dest, void *buf, int len)
{
	printk(KERN_ALERT "In process_hello get!\n");
	memcpy(buf, "I known you !", 13);
	netlink_to_user(dest, buf, 13);
	return NET_OK;
}

static int process_hello_set(int dest, void *buf, int len)
{
	printk(KERN_ALERT "In process_hello set! %s\n", (char *)buf);
	memcpy(buf, "S known you !", 13);
	netlink_to_user(dest, buf, 13);
	return NET_OK;
}


static void netlink_process_packet(struct nlmsghdr *nl)
{
	int ret;

	switch(nl->nlmsg_type)
	{
	case HELLO_GET:
		ret = process_hello_get(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len);
		break;
	case HELLO_SET:
		ret = process_hello_set(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len);
		break;
	default:break;
	}
}

static void netlink_recv_packet(struct sk_buff *__skb)
{
	struct sk_buff *skb;
	struct nlmsghdr *nlhdr;

	skb = skb_get(__skb);
	if(skb->len >= sizeof(struct nlmsghdr))
	{
		nlhdr = (struct nlmsghdr *)skb->data;
		if(nlhdr->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) &&
				__skb->len >= nlhdr->nlmsg_len)
		{
			netlink_process_packet(nlhdr);
		}
	}
	else
		printk(KERN_ALERT "Kernel receive msg length error!\n");
}

static int __init netlink_init(void)
{
	netlink_fd = netlink_kernel_create(&init_net, USER_NETLINK_CMD, 0, netlink_recv_packet, NULL, THIS_MODULE);
	if(NULL == netlink_fd)
	{
		printk(KERN_ALERT "Init netlink!\n");
		return -1;
	}
	printk(KERN_ALERT "Init netlink success!\n");
	return 0;
}

static void __exit netlink_exit(void)
{
	netlink_kernel_release(netlink_fd);
	printk(KERN_ALERT "Exit netlink!\n");
}

module_init(netlink_init);
module_exit(netlink_exit);

4. ./netlink/usrlink.h

/*
 * usrlink.h
 *
 *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr
 */
#ifndef USRLINK_H_
#define USRLINK_H_

#define USER_NETLINK_CMD	25
#define MAXMSGLEN 			1024

typedef enum error_e {
	NET_ERROR,
	NET_OK,
	NET_PARAM,
	NET_MEM,
	NET_SOCK,
} netlink_err;

typedef enum module_e {
	HELLO_CMD = 1,
} netlink_module;

typedef enum type_e {
	HELLO_SET,
	HELLO_GET,
} netlink_type;

#endif /* USRLINK_H_ */

5. ./netlink/Makefile

MOD_NAME := netlink

$(MOD_NAME)-objs : netlink.o

-include $(MODULES_ROOT_DIR)/rules.dir

.PHONY:

5. 编译方式。

其中Makefile、rulers.dir 在Knetlink/下， netlink.c 、netlink.h 、Makefile在Knetlink/netlink/目录下。 编译时在Knetlink目录下执行Make即可

二、用户程序

用户程序的Makefile 这里就不放出了。 我是直接在eclipse下建的工程 自动编译的、...

1. netlink.c

/*
 * usrlink.c
 *
 *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr
 */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "usrlink.h"

int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol)
{
	netlink_s->sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, protocol);
	if(netlink_s->sock < 0)
		return NET_SOCK;
	memset(&netlink_s->src, 0 ,sizeof(netlink_s->src));
	netlink_s->src.nl_family = AF_NETLINK;
	netlink_s->src.nl_pid = module;
	netlink_s->src.nl_groups = 0;

	if(bind(netlink_s->sock, (struct sockaddr *)&netlink_s->src, sizeof(netlink_s->src)) < 0)
		return NET_SOCK;

	netlink_s->dest.nl_family = AF_NETLINK;
	netlink_s->dest.nl_pid = 0;
	netlink_s->dest.nl_groups = 0;

	return NET_OK;
}

int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen)
{
	struct msghdr msg;
	struct nlmsghdr *nlhdr = NULL;
	struct iovec iov;
	int ret;

	nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAXMSGLEN));
	if(NULL == nlhdr)
		return NET_MEM;

	memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), sbuf, slen);
	nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(slen);
	nlhdr->nlmsg_pid = netlink_s->src.nl_pid;
	nlhdr->nlmsg_type = type;
	nlhdr->nlmsg_flags = 0;

	iov.iov_base = (void *)nlhdr;
	iov.iov_len = nlhdr->nlmsg_len;

	msg.msg_name = (void *)&(netlink_s->dest);
	msg.msg_namelen = sizeof(netlink_s->dest);
	msg.msg_iov = &iov;
	msg.msg_iovlen = 1;

	ret = sendmsg(netlink_s->sock, &msg, 0);
	if(ret < 0)
	{
		printf("Send fail\n");
		goto error;
	}
	ret = recvmsg(netlink_s->sock, &msg, 0);
	if(ret < 0)
	{
		printf("Read fail\n");
		goto error;
	}
	memcpy(rbuf, NLMSG_DATA(nlhdr), nlhdr->nlmsg_len);
	*rlen = nlhdr->nlmsg_len;
	return NET_OK;

error:
	free(nlhdr);
	return NET_SOCK;
}

int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s)
{
	close(netlink_s->sock);
	memset(netlink_s, 0, sizeof(netlink_sock));
	return NET_OK;
}

2. netlink.h

/*
 * usrlink.h
 *
 *  Created on: 2014 *      Author: cr
 */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#ifndef USRLINK_H_
#define USRLINK_H_

#define USER_NETLINK_CMD	25
#define MAXMSGLEN 			1024

typedef enum error_e {
	NET_ERROR,
	NET_OK,
	NET_PARAM,
	NET_MEM,
	NET_SOCK,
} netlink_err;

typedef enum module_e {
	HELLO_CMD = 1,
} netlink_module;

typedef enum type_e {
	HELLO_SET,
	HELLO_GET,
} netlink_type;

typedef struct usr_sock_h {
	int sock;
	struct sockaddr_nl dest;
	struct sockaddr_nl src;
} netlink_sock;

int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol);
int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s);
int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen);

#endif /* USRLINK_H_ */

3. main.c

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2014骞?鏈?7鏃? *      Author: cr
 */
#include 
#include 
#include 
#include "usrlink.h"

int parse_ret(int ret)
{
	switch(ret)
	{
	case NET_OK:
		return ret;
	case NET_ERROR:
		printf("error\n");
		goto exit_p;
	case NET_MEM:
		printf("Memory error\n");
		goto exit_p;
	case NET_PARAM:
		printf("Param error\n");
		goto exit_p;
	case NET_SOCK:
		printf("Socket error\n");
		goto exit_p;
	default:break;
	}
exit_p:
	return NET_ERROR;
}

void usage(void)
{
	printf("Usage: Netlink -G \n\t-S \n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
	netlink_sock h_sock;
	char rbuf[1024];
	char sbuf[1024];
	int ret, type, slen = 0, rlen = 0;

	ret = netlink_sock_init(&h_sock, HELLO_CMD, USER_NETLINK_CMD);
	if(NET_OK != parse_ret(ret))
		goto exit_p;

	bzero(&rbuf, sizeof(rbuf));
	bzero(&sbuf, sizeof(sbuf));
	if(argc < 3)
	{
		usage();
		goto exit_p;
	}
	if(!strncmp("-G", argv[1], 2))
		type = HELLO_GET;
	else if(!strncmp("-S", argv[1], 2))
		type = HELLO_SET;

	strcpy(sbuf, argv[2]);
	slen = strlen(sbuf);
	ret = netlink_send(&h_sock, type, sbuf, slen, rbuf, &rlen);
	if(NET_OK != parse_ret(ret))
		goto exit_p;

	if(rlen > 0)
	{
		rbuf[rlen] = '\0';
		printf("K rep [len = %d]:%s\n", rlen, rbuf);
	}
	printf("K[len = %d]: %s\n", rlen, rbuf);

exit_p:
	netlink_sock_deinit(&h_sock);
	return 0;
}