netlink编程

 

http://blog.csdn.net/max415/archive/2008/02/01/2076814.aspx原文出处

在 linux学习 2.4 版以后版本的内核中，几乎全部的中断过程与用户态进程的通信都是使用 netlink 套接字实现的，同时还使用 netlink 实现了 ip queue 工具，但 ip queue 的使用有其局限性，不能自由地用于各种中断过程。内核的帮助文档和其他一些 linux学习 相关文章都没有对 netlink 套接字在中断过程和用户空间通信的应用上作详细的说明，使得很多用户对此只有一个模糊的概念。

Unicast Communication between Kernel and Application
在下面的例子中,一个用户空间进程发送一个netlink消息给内核模块,内核模块应答一个消息给发送进程,这里是用户空间的代码:

#include  < sys / socket.h >
#include  < linux学习 / netlink.h >
#define  MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/
struct  sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct  msghdr msg;
struct  nlmsghdr  * nlh  =  NULL;
struct  iovec iov;
int  sock_fd;
void  main()  ... {
 sock_fd  =  socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW,NETLINK_TEST);
 memset( & src_addr,  0 ,  sizeof (src_addr));
 src__addr.nl_family  =  AF_NETLINK;      
 src_addr.nl_pid  =  getpid();   /**/ /*  self pid  */
 src_addr.nl_groups  =   0 ;   /**/ /*  not in mcast groups  */
 bind(sock_fd, ( struct  sockaddr * ) & src_addr, 
       sizeof (src_addr));
 memset( & dest_addr,  0 ,  sizeof (dest_addr));
 dest_addr.nl_family  =  AF_NETLINK;
 dest_addr.nl_pid  =   0 ;    /**/ /*  For Linux Kernel  */
 dest_addr.nl_groups  =   0 ;  /**/ /*  unicast  */
 nlh = ( struct  nlmsghdr  * )malloc(
                         NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
  /**/ /*  Fill the netlink message header  */
 nlh -> nlmsg_len  =  NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 nlh -> nlmsg_pid  =  getpid();   /**/ /*  self pid  */
 nlh -> nlmsg_flags  =   0 ;
  /**/ /*  Fill in the netlink message payload  */
 strcpy(NLMSG_DATA(nlh),  " Hello you! " );
 iov.iov_base  =  ( void   * )nlh;
 iov.iov_len  =  nlh -> nlmsg_len;
 msg.msg_name  =  ( void   * ) & dest_addr;
 msg.msg_namelen  =   sizeof (dest_addr);
 msg.msg_iov  =   & iov;
 msg.msg_iovlen  =   1 ;
 sendmsg(fd,  & msg,  0 );
  /**/ /*  Read message from kernel  */
 memset(nlh,  0 , NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
 recvmsg(fd,  & msg,  0 );
 printf( "  Received message payload: %s " , 
        NLMSG_DATA(nlh));
    
  /**/ /*  Close Netlink Socket  */
 close(sock_fd);
}     

这里是内核代码:

struct  sock  * nl_sk  =  NULL;
void  nl_data_ready ( struct  sock  * sk,  int  len)
... {
  wake_up_interruptible(sk -> sleep);
}
void  netlink_test()  ... {
  struct  sk_buff  * skb  =  NULL;
  struct  nlmsghdr  * nlh  =  NULL;
  int  err;
 u32 pid;     
 nl_sk  =  netlink_kernel_create(NETLINK_TEST, 
                                   nl_data_ready);
  /**/ /*  wait for message coming down from user-space  */
 skb  =  skb_recv_datagram(nl_sk,  0 ,  0 ,  & err);
 nlh  =  ( struct  nlmsghdr  * )skb -> data;
 printk( " %s: received netlink message payload:%s " , 
        __FUNCTION__, NLMSG_DATA(nlh));
 pid  =  nlh -> nlmsg_pid;  /**/ /* pid of sending process  */
 NETLINK_CB(skb).groups  =   0 ;  /**/ /*  not in mcast group  */
 NETLINK_CB(skb).pid  =   0 ;       /**/ /*  from kernel  */
 NETLINK_CB(skb).dst_pid  =  pid;
 NETLINK_CB(skb).dst_groups  =   0 ;   /**/ /*  unicast  */
 netlink_unicast(nl_sk, skb, pid, MSG_DONTWAIT);
 sock_release(nl_sk -> socket);
}  

在内核模块被加载到内核,当我们运行用户程序,我们将看到下面的信息:

Received message payload: Hello you!

然后用dmesg我们可以看到内核输出:

netlink_test: received netlink message payload:
Hello you!

Multicast Communication between Kernel and Applications
这个例子中,两个应用程序在监听同一个netlink广播组.内核模块发送一个netlink消息给这个广播组,所用的应用程序都收到它,如下是用户程序代码:

#include  < sys / socket.h >
#include  < linux学习 / netlink.h >
#define  MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/
struct  sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct  nlmsghdr  * nlh  =  NULL;
struct  iovec iov;
int  sock_fd;
void  main()  ... {
 sock_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_TEST);
 memset( & src_addr,  0 ,  sizeof (local_addr));
 src_addr.nl_family  =  AF_NETLINK;       
 src_addr.nl_pid  =  getpid();   /**/ /*  self pid  */
  /**/ /*  interested in group 1<<0  */   
 src_addr.nl_groups  =   1 ;
 bind(sock_fd, ( struct  sockaddr * ) & src_addr, 
       sizeof (src_addr));
 memset( & dest_addr,  0 ,  sizeof (dest_addr)); 
 nlh  =  ( struct  nlmsghdr  * )malloc(
                          NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
 memset(nlh,  0 , NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));      
    
 iov.iov_base  =  ( void   * )nlh;
 iov.iov_len  =  NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 msg.msg_name  =  ( void   * ) & dest_addr;
 msg.msg_namelen  =   sizeof (dest_addr);
 msg.msg_iov  =   & iov;
 msg.msg_iovlen  =   1 ;
 printf( " Waiting for message from kernel " );
  /**/ /*  Read message from kernel  */
 recvmsg(fd,  & msg,  0 );
 printf( "  Received message payload: %s " , 
        NLMSG_DATA(nlh));
 close(sock_fd);
}   

 内核代码:

#define  MAX_PAYLOAD 1024 
struct  sock  * nl_sk  =  NULL;
void  netlink_test()  ... {
 sturct sk_buff  * skb  =  NULL;
  struct  nlmsghdr  * nlh;
  int  err;
 nl_sk  =  netlink_kernel_create(NETLINK_TEST, 
                               nl_data_ready);
 skb = alloc_skb(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD),GFP_KERNEL);
 nlh  =  ( struct  nlmsghdr  * )skb -> data;
 nlh -> nlmsg_len  =  NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
 nlh -> nlmsg_pid  =   0 ;   /**/ /*  from kernel  */
 nlh -> nlmsg_flags  =   0 ;
 strcpy(NLMSG_DATA(nlh),  " Greeting from kernel! " );
  /**/ /*  sender is in group 1<<0  */
 NETLINK_CB(skb).groups  =   1 ;
 NETLINK_CB(skb).pid  =   0 ;   /**/ /*  from kernel  */
 NETLINK_CB(skb).dst_pid  =   0 ;   /**/ /*  multicast  */
  /**/ /*  to mcast group 1<<0  */
 NETLINK_CB(skb).dst_groups  =   1 ;
  /**/ /* multicast the message to all listening processes */
 netlink_broadcast(nl_sk, skb,  0 ,  1 , GFP_KERNEL);
 sock_release(nl_sk -> socket);
}   

我们运行用户程序:

 
./nl_recv &
Waiting for message from kernel
./nl_recv &
Waiting for message from kernel
 
然后我们加载内核模块到内核空间,会看到如下信息::

Received message payload: Greeting from kernel!
Received message payload: Greeting from kernel!

以下是一个简单的测试内核事件的应用程序：

#define  MAX_PAYLOAD        1024
struct  sockaddr_nl    src_addr, dest_addr;
char   * KernelMsg  =  NULL;
struct  iovec iov;
int  sock_fd;
struct  msghdr msg;
int  msglen;

#define  DEVICE_ADD            "add"
#define  DEVICE_REMOVE        "remove"
#define  DEVICE_NAME            "event0"
#define  DEVICE_NAMELEN    6
void   *  DeviceManagement( void   * arg)
... {
    sock_fd  =  socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
     int  msgle;
    
    memset( & src_addr,  0 ,  sizeof (src_addr));
    src_addr.nl_family  =  AF_NETLINK;
    src_addr.nl_pid  =  pthread_self()  <<   16   |  getpid();
    src_addr.nl_groups  =   1 ;
    bind(sock_fd, ( struct  sockaddr  * ) & src_addr,  sizeof (src_addr));
    
    memset( & dest_addr,  0 ,  sizeof (dest_addr));
    KernelMsg  =  ( struct  nlmsghdr  * )malloc(MAX_PAYLOAD);
    memset(KernelMsg,  0 ,     MAX_PAYLOAD);
    
    iov.iov_base  =  ( void   * )KernelMsg;
    iov.iov_len  =  MAX_PAYLOAD;
    msg.msg_name  =  ( void   * ) & dest_addr;
    msg.msg_namelen  =   sizeof (dest_addr);
    msg.msg_iov  =   & iov;
    msg.msg_iovlen  =   1 ;
    
     while ( 1 )  ... {
         // printf("Waiting for message from kernel ");
        recvmsg(sock_fd,  & msg,  0 );
         // printf("Receved message payload: %s ", KernelMsg);
        msglen  =  strlen(KernelMsg);
         // printf("Device: %s ", KernelMsg+msglen-DEVICE_NAMELEN);
         if ( ! strncmp(DEVICE_NAME, KernelMsg + msglen - DEVICE_NAMELEN, DEVICE_NAMELEN))  ... {
             if ( ! strncmp(DEVICE_ADD, KernelMsg, strlen(DEVICE_ADD))) 
             ... {
                printf( " Add event0 device " );
                USBKeyboardReady  =   1 ;
            }
             else   if ( ! strncmp(DEVICE_REMOVE, KernelMsg, strlen(DEVICE_REMOVE)))  ... {
                printf( " Remove event0 device " );
                USBKeyboardReady  =   0 ;
            }
        }
    }
    close(sock_fd);
    
}  

示例：一个用户进程发送数据到内核，然后通过内核发送给另一个用户进程。

内核进程：netlink-exam-kern.c

// kernel module: netlink-exam-kern.c
#ifndef __KERNEL__
#define  __KERNEL__
#endif

#ifndef MODULE
#define  MODULE
#endif

#include  < linux学习 / config.h >
#include  < linux学习 / module.h >
#include  < linux学习 / netlink.h >
#include  < linux学习 / sched.h >
#include  < net / sock.h >
#include  < linux学习 / proc_fs.h >

#define  BUF_SIZE 16384
#define  NL 30

static   struct  sock  * netlink_exam_sock;
static  unsigned  char  buffer[BUF_SIZE];
static  unsigned  int  buffer_tail  =   0 ;
static   int  exit_flag  =   0 ;

static  DECLARE_COMPLETION(exit_completion);

static   void  recv_handler( struct  sock  *  sk,  int  length)
... {
        wake_up(sk -> sk_sleep);
}

static   int  process_message_thread( void   *  data)
... {
         struct  sk_buff  *  skb  =  NULL;
         struct  nlmsghdr  *  nlhdr  =  NULL;
         int  len;
        DEFINE_WAIT(wait);

        daemonize( " mynetlink " );

         while  (exit_flag  ==   0 )  ... {
                prepare_to_wait(netlink_exam_sock -> sk_sleep,  & wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
                schedule();
                finish_wait(netlink_exam_sock -> sk_sleep,  & wait);

                 while  ((skb  =  skb_dequeue( & netlink_exam_sock -> sk_receive_queue))
                          !=  NULL)  ... {
                        nlhdr  =  ( struct  nlmsghdr  * )skb -> data;
                         if  (nlhdr -> nlmsg_len  <   sizeof ( struct  nlmsghdr))  ... {
                                printk( " Corrupt netlink message. " );
                                 continue ;
                        }
                        len  =  nlhdr -> nlmsg_len  -  NLMSG_LENGTH( 0 );
                         if  (len  +  buffer_tail  >  BUF_SIZE)  ... {
                                printk( " netlink buffer is full. " );
                        }
                         else   ... {
                                memcpy(buffer  +  buffer_tail, NLMSG_DATA(nlhdr), len);
                                buffer_tail  +=  len;
                        }
                        nlhdr -> nlmsg_pid  =   0 ;
                        nlhdr -> nlmsg_flags  =   0 ;
                        NETLINK_CB(skb).pid  =   0 ;
                        NETLINK_CB(skb).dst_pid  =   0 ;
                        NETLINK_CB(skb).dst_group  =   1 ;
                        netlink_broadcast(netlink_exam_sock, skb,  0 ,  1 , GFP_KERNEL);
                }
        }
        complete( & exit_completion);
         return   0 ;
}

static   int  netlink_exam_readproc( char   * page,  char   ** start, off_t off,
                           int  count,  int   * eof,  void   * data)
... {
         int  len;

         if  (off  >=  buffer_tail)  ... {
                 *  eof  =   1 ;
                 return   0 ;
        }
         else   ... {
                len  =  count;
                 if  (count  >  PAGE_SIZE)  ... {
                        len  =  PAGE_SIZE;
                }
                 if  (len  >  buffer_tail  -  off)  ... {
                        len  =  buffer_tail  -  off;
                }
                memcpy(page, buffer  +  off, len);
                 * start  =  page;
                 return  len;
        }

}

static   int  __init netlink_exam_init( void )
... {
        netlink_exam_sock  =  netlink_kernel_create(NL,  0 , recv_handler, THIS_MODULE);
         if  ( ! netlink_exam_sock)  ... {
                printk( " Fail to create netlink socket. " );
                 return   1 ;
        }
        kernel_thread(process_message_thread, NULL, CLONE_KERNEL);
        create_proc_read_entry( " netlink_exam_buffer " ,  0444 , NULL, netlink_exam_readproc,  0 );
         return   0 ;
}

static   void  __exit netlink_exam_exit( void )
... {
        exit_flag  =   1 ;
        wake_up(netlink_exam_sock -> sk_sleep);
        wait_for_completion( & exit_completion);
        sock_release(netlink_exam_sock -> sk_socket);
}

module_init(netlink_exam_init);
module_exit(netlink_exam_exit);
MODULE_LICENSE( " GPL " );

编译成模块：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
debug - objs : =  netlink - exam - kern.o
obj - m : =  netlink - exam - kern1.o
CFLAGS  +=   - w  - Wimplicit - function - declaration
else
PWD : =  $(shell pwd)
KVER  ?=  $(shell uname  - r)
KDIR : =   / lib / modules / $(KVER) / build
all:
        $(MAKE)  - C $(KDIR) M = $(PWD)
clean:
        rm  - rf . * .cmd  * .o  * .mod.c  * .ko .tmp_versions
endif

用户发送进程：netlink-exam-user-send.c

// application sender: netlink-exam-user-send.c
#include  < stdio.h >
#include  < stdlib.h >
#include  < unistd.h >
#include  < string .h >
#include  < sys / types.h >
#include  < sys / socket.h >
#include  < linux学习 / netlink.h >

#define  MAX_MSGSIZE 1024


int  main( int  argc,  char   *  argv[])
... {
        FILE  *  fp;
         struct  sockaddr_nl saddr, daddr;
         struct  nlmsghdr  * nlhdr  =  NULL;
         struct  msghdr msg;
         struct  iovec iov;
         int  sd;
         char  text_line[MAX_MSGSIZE];
         int  ret  =   - 1 ;

         if  (argc  <   2 )  ... {
                printf( " Usage: %s atextfilename " , argv[ 0 ]);
                exit( 1 );
        }

         if  ((fp  =  fopen(argv[ 1 ],  " r " ))  ==  NULL)  ... {
                printf( " File %s dosen't exist. " );
                exit( 1 );
        }

        sd  =  socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW,  30 );
        memset( & saddr,  0 ,  sizeof (saddr));
        memset( & daddr,  0 ,  sizeof (daddr));

        saddr.nl_family  =  AF_NETLINK;
        saddr.nl_pid  =  getpid();
        saddr.nl_groups  =   0 ;
        bind(sd, ( struct  sockaddr * ) & saddr,  sizeof (saddr));

        daddr.nl_family  =  AF_NETLINK;
        daddr.nl_pid  =   0 ;
        daddr.nl_groups  =   0 ;

        nlhdr  =  ( struct  nlmsghdr  * )malloc(NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE));

         while  (fgets(text_line, MAX_MSGSIZE, fp))  ... {
                memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), text_line, strlen(text_line));
                memset( & msg,  0  , sizeof ( struct  msghdr));

                nlhdr -> nlmsg_len  =  NLMSG_LENGTH(strlen(text_line));
                nlhdr -> nlmsg_pid  =  getpid();   /**/ /*  self pid  */
                nlhdr -> nlmsg_flags  =   0 ;

                iov.iov_base  =  ( void   * )nlhdr;
                iov.iov_len  =  nlhdr -> nlmsg_len;
                msg.msg_name  =  ( void   * ) & daddr;
                msg.msg_namelen  =   sizeof (daddr);
                msg.msg_iov  =   & iov;
                msg.msg_iovlen  =   1 ;
                ret  =  sendmsg(sd,  & msg,  0 );
                 if  (ret  ==   - 1 )  ... {
                        perror( " sendmsg error: " );
                }
        }

        close(sd);
         return   0 ;
}

用户接收进程：netlink-exam-user-recv.c

// application sender: netlink-exam-user-send.c
#include  < stdio.h >
#include  < stdlib.h >
#include  < unistd.h >
#include  < string .h >
#include  < sys / types.h >
#include  < sys / socket.h >
#include  < linux学习 / netlink.h >

#define  MAX_MSGSIZE 1024


int  main( int  argc,  char   *  argv[])
... {
        FILE  *  fp;
         struct  sockaddr_nl saddr, daddr;
         struct  nlmsghdr  * nlhdr  =  NULL;
         struct  msghdr msg;
         struct  iovec iov;
         int  sd;
         char  text_line[MAX_MSGSIZE];
         int  ret  =   - 1 ;

         if  (argc  <   2 )  ... {
                printf( " Usage: %s atextfilename " , argv[ 0 ]);
                exit( 1 );
        }

         if  ((fp  =  fopen(argv[ 1 ],  " r " ))  ==  NULL)  ... {
                printf( " File %s dosen't exist. " );
                exit( 1 );
        }

        sd  =  socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW,  30 );
        memset( & saddr,  0 ,  sizeof (saddr));
        memset( & daddr,  0 ,  sizeof (daddr));

        saddr.nl_family  =  AF_NETLINK;
        saddr.nl_pid  =  getpid();
        saddr.nl_groups  =   0 ;
        bind(sd, ( struct  sockaddr * ) & saddr,  sizeof (saddr));

        daddr.nl_family  =  AF_NETLINK;
        daddr.nl_pid  =   0 ;
        daddr.nl_groups  =   0 ;

        nlhdr  =  ( struct  nlmsghdr  * )malloc(NLMSG_SPACE(MAX_MSGSIZE));

         while  (fgets(text_line, MAX_MSGSIZE, fp))  ... {
                memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), text_line, strlen(text_line));
                memset( & msg,  0  , sizeof ( struct  msghdr));

                nlhdr -> nlmsg_len  =  NLMSG_LENGTH(strlen(text_line));
                nlhdr -> nlmsg_pid  =  getpid();   /**/ /*  self pid  */
                nlhdr -> nlmsg_flags  =   0 ;

                iov.iov_base  =  ( void   * )nlhdr;
                iov.iov_len  =  nlhdr -> nlmsg_len;
                msg.msg_name  =  ( void   * ) & daddr;
                msg.msg_namelen  =   sizeof (daddr);
                msg.msg_iov  =   & iov;
                msg.msg_iovlen  =   1 ;
                ret  =  sendmsg(sd,  & msg,  0 );
                 if  (ret  ==   - 1 )  ... {
                        perror( " sendmsg error: " );
                }
        }

        close(sd);
         return   0 ;
}