linux下用户程序同内核通信详解（netlink机制）

简介

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。

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。

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 <linux/init.h> 
#include <linux/module.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/skbuff.h> 
#include <linux/ip.h> 
#include <linux/types.h> 
#include <linux/sched.h> 
#include <linux/netlink.h> 
#include <net/sock.h> 
#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??7? *  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:

6. 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

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??7? *  Author: cr 
 */ 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <unistd.h> 
#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 <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <asm/types.h> 
#include <linux/socket.h> 
#include <linux/netlink.h> 
#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??7? *  Author: cr 
 */ 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#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 <param>\n\t-S <param>\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; 
}

总结

以上就是本文关于linux下用户程序同内核通信详解（netlink机制）的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！