Linuxnetlink详解

　　熟悉Linuxwifi的同学都知道，wpasupplicant程序是基于netlink与wifi驱动进行通信的。（wpasupplicant是wifistation用户空间守护进程）
　　本文学习下Linux的netlink，给出用户空间与内核空间基于netlink通信的示例。示例包括netlink和genericnetlink。用户空间程序包括基于原生LinuxAPI和基于libnlAPI。netlink基础
　　netlink协议是一个基于socket的，用于内核与用户空间进程通信的一个协议。
　　用户态创建netlinksocket的代码如下：intfdsocket（AFNETLINK，SOCKRAW，MYNETLINK）socket接口的原型为：intsocket（intdomain，inttype，intprotocol）；这里用到了第三个入参protocol，即创建Netlinksocket时要指定协议号
　　内核态创建netlinksocket的接口原型为：structsocknetlinkkernelcreate（structnetnet，intunit，structnetlinkkernelcfgcfg）这里的第二个参数unit为协议号，与用户空间的protocol相同
　　Netlink消息有固定的格式，structnlmsghdrstructnlmsghdr｛u32nlmsglen；Lengthofmessageincludingheaderu16nlmsgtype；Messagecontentu16nlmsgflags；Additionalflagsu32nlmsgseq；Sequencenumberu32nlmsgpid；SendingprocessportID｝；
　　完整示例见github：https：github。comjiansoftnetlinkexamples
　　下文为关键代码注释。原生LinuxAPI示例内核侧示例定义自己的netlink协议号defineMYNETLINK31接收回调，即内核侧收到用户发来的netlink消息回调staticvoidnetlinkrecvmsg（structskbuffskb）｛。。。nlh（structnlmsghdr）skbdata；取netlink消息头pidnlhnlmsgpid；pidofsendingprocessmsg（char）nlmsgdata（nlh）；取netlink消息data部分msgsizestrlen（msg）；printk（KERNINFOnetlinkkernel：Receivedfrompidd：s，pid，msg）；。。。｝定义netlinkkernelcfg，即声明接收回调structnetlinkkernelcfgcfg｛。inputnetlinkrecvmsg，｝；创建内核测netlinksocketgnlsocknetlinkkernelcreate（initnet，MYNETLINK，cfg）；if（！gnlsock）｛printk（KERNALERTnetlinkkernel：Errorcreatingsocket。）；return10；｝用户侧示例intmain（intargc，charargv〔〕）｛创建socketsockfdsocket（PFNETLINK，SOCKRAW，MYNETLINK）；memset（srcaddr，0，sizeof（srcaddr））；srcaddr。nlfamilyAFNETLINK；srcaddr。nlpidgetpid（）；selfpid绑定端口bind（sockfd，（structsockaddr）srcaddr，sizeof（srcaddr））；设置目标地址为内核netlinkmemset（destaddr，0，sizeof（destaddr））；destaddr。nlfamilyAFNETLINK；destaddr。nlpid0；ForLinuxKerneldestaddr。nlgroups0；unicast可以通过sendmsg或sendto两种接口向内核发送消息相应的有recvmsg和recvfrom两种接口接收来自内核的消息详见github，此处略｝libnlAPI示例
　　libnl对用户空间Linu原生的netlinkAPI进行了封装，使得用户空间程序更容易编写，尤其是对于genericnetlinkAPI。关于genericnetlinkAPI我们下一章节详细介绍。
　　另外wpasupplicant与内核wifi驱动的通信就是用的libnlgenericnetlinkAPI。
　　先介绍下libnl的主要接口，定义在头文件创建netlinksocket，libnl中用structnlsock表示一个socketincludenetlinksocket。hstructnlsocknlsocketalloc（void）voidnlsocketfree（structnlsocksk）回调配置structnlcbnlsocketgetcb（conststructnlsocksk）；voidnlsocketsetcb（structnlsocksk，structnlcbcb）；intnlsocketmodifycb（structnlsock，enumnlcbtype，enumnlcbkind，nlrecvmsgmsgcbt，void）；发送intnlsendauto（structnlsocksk，structnlmsgmsg）intnlsend（structnlsocksk，structnlmsgmsg）intnlsendiovec（structnlsocksk，structnlmsgmsg，structioveciov，unsignediovlen）intnlsendmsg（structnlsocksk，structnlmsgmsg，structmsghdrhdr）nlsendmsg里调用Linux原生sendmsg接口intnlsendto（structnlsocksk，voidbuf，sizetsize）nlsendto调用Linux原生sendto接口intnlsendsimple（structnlsocksk，inttype，intflags，voidbuf，sizetsize）接收intnlrecvmsgsdefault（structnlsocksk）intnlrecvmsgs（structnlsocksk，structnlcbcb）如果socket是阻塞的，就阻塞式接收。recv到数据之后，通过cb进行处理libnl用户侧示例
　　基于上一节的例子，内核测代码不变，用户侧使用libnl重写。includenetlinknetlink。hincludenetlinkmsg。hdefineMYNETLINK31defineMYNETLINKTYPESET0接收回调staticintmyinput（structnlmsgmsg，voidarg）｛structnlmsghdrnlhnlmsghdr（msg）；chardatanlmsgdata（nlh）；intdatalennlmsgdatalen（nlh）；printf（inputcb：datalen：d，data：d，datalen，data）；return0；｝intmain（intargc，charargv〔〕）｛structnlsocksk；intret；创建并绑定socketsknlsocketalloc（）；retnlconnect（sk，MYNETLINK）；修改接收回调函数，收到任何消息都会回调myinputnlsocketmodifycb（sk，NLCBMSGIN，NLCBCUSTOM，myinput，NULL）；charmsg〔〕Hellolibnl！retnlsendsimple（sk，MYNETLINKTYPESET，0，msg，sizeof（msg））；阻塞式等待接收。接收到内核发来的消息后，会进入接收回调myinputnlrecvmsgsdefault（sk）；nlsocketfree（sk）；｝genericnetlink示例，基于libnl
　　netlink通信协议在不修改内核源码的情况下，最大只支持定义32种协议。随着netlink的使用越来越多，32个协议号已不够用，所以引入了genericnetlink。genericnetlink其实是对netlink报文进行了又一次封装，genericnetlink使用的netlink协议号是NETLINKGENERIC16。
　　genl的消息格式如下：012301234567890123456789012345678901Netlinkmessageheader（nlmsghdr）GenericNetlinkmessageheader（genlmsghdr）OptionaluserspecificmessageheaderOptionalGenericNetlinkmessagepayloadstructgenlmsghdr｛u8cmd；u8version；u16reserved；｝；genl的messagepayload基于netlink的属性机制，即payload是由一个个nlattr组成NLAHDRLENNLAALIGN（payload）HeaderPadPayloadPad（structnlattr）ingingnlattrnlalenstructnlattr｛u16nlalen；u16nlatype；｝；genl内核侧示例
　　参考：https：wiki。linuxfoundation。orgnetworkinggenericnetlinkhowto
　　注意：genlregisterops接口只在3。12及之前版本有；3。134。9版本用genlregisterfamilywithops；4。10版本及以后没有注册ops的接口，只有注册family的接口，ops要直接定义在family内。
　　本文示例基于4。15内核。
　　注册genericnetlinkfamily需要3步：定义操作定义family注册familyStep1：定义操作attributesenum｛EXMPLAUNSPEC，EXMPLAMSG，EXMPLAMAX，｝；defineEXMPLAMAX（EXMPLAMAX1）attributepolicystaticstructnlapolicyexmplgenlpolicy〔EXMPLAMAX1〕｛〔EXMPLAMSG〕｛。typeNLANULSTRING｝，｝；handlerstaticintexmplecho（structskbuffskb，structgenlinfoinfo）；commandsenum｛EXMPLCUNSPEC，EXMPLCECHO，EXMPLCMAX，｝；defineEXMPLCMAX（EXMPLCMAX1）operationdefinitionstructgenlopsexmplgenlops〔EXMPLCMAX〕｛｛。cmdEXMPLCECHO，。doitexmplecho，。policyexmplgenlpolicy，｝｝；defineFAMILYNAMEmygenlStep2：定义familyfamilydefinitionstaticstructgenlfamilymygenlfamily｛。id0，。hdrsize0，表示没有用户自定义的额外header。nameFAMILYNAME，。version1，。opsexmplgenlops，。nopsARRAYSIZE（exmplgenlops），。maxattrEXMPLAMAX1，｝；handler的具体定义staticintexmplecho（structskbuffskb，structgenlinfoinfo）｛structnlattrna；structskbuffreplyskb；voidmsghead；intret；printk（sin。，func）；内核已经解析好了每个attrnainfoattrs〔EXMPLAMSG〕；if（！na）｛printk（Error：attrEXMPLAMSGisnull）；returnEINVAL；｝printk（Recvmessage：s，nladata（na））；将收到的消息发回去replyskbgenlmsgnew（NLMSGGOODSIZE，GFPKERNEL）；填写genl消息头msgheadgenlmsgput（replyskb，infosndportid，infosndseq，mygenlfamily，0，EXMPLCECHO）；向skb尾部填写attrnlaputstring（replyskb，EXMPLAMSG，nladata（na））；Finalizethemessage：更新nlmsghdr中的nlmsglen字段genlmsgend（replyskb，msghead）；Sendthemessagebackretgenlmsgreply（replyskb，info）；if（ret！0）｛printk（genlmsgreplyreturnfail：d，ret）；returnret；｝return0；｝Step3：注册famliyintret；retgenlregisterfamily（mygenlfamily）；if（err！0）｛printk（genlregisterfamilyfail，ret：d，ret）；returnret；｝genl用户侧示例（基于libnl）defineMYFAMILYNAMEmygenl用户侧需要定义和内核侧相同的属性以及命令，所以通常把这一部分摘成一个独立的。h，内核和app共用这里没有摘成一个独立的。h，用户侧也重复定义一份attributesenum｛EXMPLAUNSPEC，EXMPLAMSG，EXMPLAMAX，｝；defineEXMPLAMAX（EXMPLAMAX1）defineattributepolicystaticstructnlapolicyexmplgenlpolicy〔EXMPLAMAX1〕｛〔EXMPLAMSG〕｛。typeNLASTRING｝，｝；commandsenum｛EXMPLCUNSPEC，EXMPLCECHO，EXMPLCMAX，｝；defineEXMPLCMAX（EXMPLCMAX1）接收回调定义intrecvcallback（structnlmsgrecvmsg，voidarg）｛structnlmsghdrnlhnlmsghdr（recvmsg）；structnlattrtbmsg〔EXMPLAMAX1〕；if（nlhnlmsgtypeNLMSGERROR）｛printf（ReceivedNLMSGERRORmessage！）；returnNLSTOP；｝structgenlmsghdrgnlh（structgenlmsghdr）nlmsgdata（nlh）；按照每attr解析内核发来的genl消息nlaparse（tbmsg，EXMPLAMAX，genlmsgattrdata（gnlh，0），genlmsgattrlen（gnlh，0），exmplgenlpolicy）；判断是否包含属性EXMPLAMSGif（tbmsg〔EXMPLAMSG〕）｛parseitasstringcharpayloadmsgnlagetstring（tbmsg〔EXMPLAMSG〕）；printf（Kernelreplied：s，payloadmsg）；｝else｛printf（AttributeEXMPLAMSGismissing）；｝returnNLOK；｝intmain（intargc，charargv〔〕）｛创建并连接genlsocketstructnlsocksknlsocketalloc（）；genlconnect（sk）；根据FAMILYNAME获得对应的famlilyidintfamilyid；familyidgenlctrlresolve（sk，FAMILYNAME）；if（familyid0）｛printf（genericnetlinkfamilyFAMILYNAMENOTREGISTERED）；nlsocketfree（sk）；exit（1）；｝else｛printf（FamilyIDofgenericnetlinkfamilyFAMILYNAMEis：d，familyid）；｝设置接收回调nlsocketmodifycb（sk，NLCBMSGIN，NLCBCUSTOM，recvcallback，NULL）；发送消息structnlmsgmsgnlmsgalloc（）；genlmsgput（msg，NLAUTOPORT，NLAUTOSEQ，familyid，0，NLMFREQUEST，EXMPLCECHO，1）；NLAPUTSTRING（msg，EXMPLAMSG，genlmessagefromusertokernel）；intresnlsendauto（sk，msg）；nlmsgfree（msg）；if（res0）｛printf（nlsendautofail，ret：d，res）；｝else｛printf（nlsendautoOK，ret：d，res）；｝接收消息。接收到内核发来的消息后，触发回调recvcallbacknlrecvmsgsdefault（sk）；nlaputfailure：referencedbyNLAPUTSTRINGnlsocketfree（sk）；return0；｝
　　这里的示例是内核收到用户空间发来的genl消息后，根据发送端的structgenlinfoinfo，调用genlmsgreply（replyskb，info），将内核的genl消息单播给用户空间app。
　　如果内核不知道用户空间的socket信息，内核如何将消息发送到用户空间呢？这时一般用组播netlink消息，即内核将消息组播出去。用户空间谁订阅了这个组播，谁就能收到内核发来的消息。关于组播netlink示例，后续有空再补一下
　　完整示例见github：https：github。comjiansoftnetlinkexamples