Netlink实现Linux内核与用户空间通信

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Netlink实现实现Linux内核与用户空间通信内核与用户空间通信

　　Linux内核与用户空间通信的方式目前主要有9种，分别是内核启动参数、模块参数与 sysfs、sysctl、系统调用、netlink、

procfs、seq_file、debugfs和relayfs。Netlink是一种特殊的文件描述符（套结字），为2.6.14及更高版本的Linux所特有，是一

种在内核与用户应用间进行双向数据交互的便捷方式，用户态应用调用标准的套结字API 可以使用netlink提供的强大功能，内

核态需要调用专门的内核 API 来使用netlink。Netlink应用已经相当广泛，例如，Linux系统的网络防火墙分为内核态的netfilter

和用户态的iptables，netfilter与iptables的数据交换是通过Netlink机制来完成。

　　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，将影响调度速度。

　　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

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() 能很容易地使用

netlink socket，查询手册页可以了解这些函数的使用细节，本文只是讲解使用 netlink 的用户应该如何使用这些函数。注意，

使用 netlink 的应用必须包含头文件linux/netlink.h。当然 socket 需要的头文件也必不可少，sys/socket.h。

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

view plaincopy to clipboardprint?

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USB热插拔）。

　　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 地址绑定在一起。netlink socket 的地址结构如下：

view plaincopy to clipboardprint?

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，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。

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