af_netlink_Netlink实现Linux内核与用户空间通信

一、采用Netlink进行内核与用户空间交互的优势

Netlink相对于系统调用、ioctl以及proc文件系统等其他内核与用户空间的数据交换方式而言具有以下优点：

1、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套结字API使用该 netlink 协议类型进行数据通信。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 目录更加混乱。

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

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。

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 使用标准的套结字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。

二、Netlink用户空间调用方式

用户态应用使用标准的socket API， socket(), bind(), sendmsg(), recvmsg() ,recv()和 close() 就能很容易地使用 netlink socket，查询手册页可以了解这些

为了创建一个 netlink socket，用户需要使用如下参数调用 socket():

int ntSocket;

ntSocket = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);

第一个参数必须是 AF_NETLINK 或 PF_NETLINK，在 Linux 中，它们俩实际为一个东西，它表示要使用netlink，第二个参数必须是SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，第三个参数指定netlink协议类型，NETLINK_KOBJECT_UEVENT意为“内核事件向用户态通知”，绑定该协议创建的ntSocket可以接收到来自内核的通知事件(如

内核预定义的协议类型有：

#define NETLINK_ROUTE 0 //路由守护进程

#define NETLINK_W1 1 //1-wire 子系统

#define NETLINK_USERSOCK 2 //用户态套结字协议

#define NETLINK_FIREWALL 3 //防火墙

#define NETLINK_INET_DIAG 4 //套结字监视

#define NETLINK_NFLOG 5 //网络数据过滤日志

#define NETLINK_XFRM 6 //ipsec 安全策略

#define NETLINK_SELINUX 7 //SELinux 事件通知

#define NETLINK_ISCSI 8 //iSCSI网络存储子系统

#define NETLINK_AUDIT 9 //进程审计

#define NETLINK_FIB_LOOKUP 10 //转发信息表查询

#define NETLINK_CONNECTOR 11 //netlink连接器

#define NETLINK_NETFILTER 12 //网络数据过滤系统

#define NETLINK_IP6_FW 13 //IPv6 防火墙

#define NETLINK_DNRTMSG 14 //DECnet路由信息

#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT 15 //内核事件向用户态通知

#define NETLINK_GENERIC 16 //通用netlink(用户自定义功能)

对于每一个netlink协议类型，可以有多达 32多播组，每一个多播组用一个位表示，netlink 的多播特性使得发送消息给同一个组仅需要一次系统调用，因而对于需要多拨消息的应用而言，大大地降低了系统调用的次数。

函数 bind() 用于把一个打开的 netlink socket 与 netlink 源 socket

struct sockaddr_nl {

sa_family_t nl_family;

unsigned short nl_pad;

__u32 nl_pid;

__u32 nl_groups;

};

字段 nl_family 必须设置为 AF_NETLINK 或着 PF_NETLINK，字段 nl_pad 当前没有使用，因此要总是设置为 0，字段 nl_pid 为接收或发送消息的进程的 ID，如果希望内核处理消息或多播消息，就把该字段设置为 0，否则设置为处理消息的进程 ID。字段 nl_groups 用于指定多播组，bind 函数用于把调用进程加入到该字段指定的多播组，如果设置为 0，表示调用者不加入任何多播组。

struct timeval timeout;

memset(&client, 0, sizeof(client));

client.nl_family = AF_NETLINK;

client.nl_pid = getpid();

client.nl_groups = 1; /* receive broadcast message*/

传递给 bind 函数的地址的 nl_pid 字段应当设置为本进程的进程 ID，这相当于 netlink socket 的本地地址。但是，对于一个进程的多个线程使用 netlink socket 的情况，字段 nl_pid 则可以设置为其它的值，因此字段 nl_pid 实际上未必是进程 ID,它只是用于区分不同的接收者或发送者的一个标识，用户可以根据自己需要设置该字段。函数 bind 的调用方式如下：

bind(ntSocket, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client))

ntSocket为前面的 socket 调用返回的文件描述符，参数 client 为 struct sockaddr_nl 类型的地址。为了接收来自ntSocket的内核通知数据，显然要监听ntSocket的可读性，当select监听到ntSocket的可读事件时，调用recv函数接收内核传递过来的通知数据即可。整个过程完整的

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define UEVENT_BUFFER_SIZE 2048

int main(void)

{

struct sockaddr_nl client;

struct timeval tv;

int ntSocket, rcvlen, ret;

fd_set fds;

int buffersize = 1024;

ntSocket = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);

memset(&client, 0, sizeof(client));

client.nl_family = AF_NETLINK;

client.nl_pid = getpid();

client.nl_groups = 1; /* receive broadcast message*/

setsockopt(ntSocket, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffersize, sizeof(buffersize));

bind(ntSocket, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));

while (1) {

char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE] = { 0 };

FD_ZERO(&fds);

FD_SET(ntSocket, &fds);

tv.tv_sec = 0;

tv.tv_usec = 100 * 1000;

ret = select(ntSocket + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);

if(!(ret > 0 && FD_ISSET(ntSocket, &fds)))

continue;

/* receive data */

rcvlen = recv(ntSocket, &buf, sizeof(buf), 0);

if (rcvlen > 0) {

printf("%sn", buf);

// You can do something here to make the program more perfect!!!

}

}

close(ntSocket);

return 0;

}

运行程序，测试U盘插入/拔除，输出如下：

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0

add@/module/usb_storage

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/scsi_host/host6

add@/bus/usb/drivers/usb-storage

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_disk/6:0:0:0

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_device/6:0:0:0

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_generic/sg2

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/bsg/6:0:0:0

change@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/block/sdb

add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/block/sdb/sdb4

add@/devices/virtual/bdi/8:16

add@/module/fat

add@/kernel/slab/fat_cache

add@/kernel/slab/fat_inode_cache

add@/module/vfat

add@/module/nls_cp437

add@/module/nls_iso8859_1

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/bsg/6:0:0:0

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_generic/sg2

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_device/6:0:0:0

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_disk/6:0:0:0

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/block/sdb/sdb4

remove@/devices/virtual/bdi/8:16

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/block/sdb

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6/scsi_host/host6

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0/host6

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1/2-1:1.0

remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb2/2-1

remove@/host6/target6:0:0

除非注明，文章均为CppLive 编程在线原创，转载请注明出处，谢谢。