一、netlink简介
netlink协议是一种基于socket的IPC机制，可用于内核与用户空间进程、用户空间进程与用户空间进程通信，如图所示：
netlink协议基于BSD socket和AF_NETLINK地址簇(address family)，使用32位的端口号寻址(以前称作PID)，每个netlink协议(或称作总线，man手册中则称之为netlink family)，通常与一个或一组内核服务/组件相关联，如NETLINK_ROUTE用于获取和设置路由与链路信息、NETLINK_KOBJECT_UEVENT用于内核向用户空间的udev进程发送通知等。netlink具有以下特点： ① 支持全双工、异步通信(当然同步也支持) ② 用户空间可使用标准的BSD socket接口(但netlink并没有屏蔽掉协议包的构造与解析过程，推荐使用libnl等第三方库) ③ 在内核空间使用专用的内核API接口 ③ 支持多播(因此支持“总线”式通信，可实现消息订阅) ④ 在内核端可用于进程上下文与中断上下文
二、为AF_NETLINK地址簇添加新协议的方法
关于这个要添加的netlink”协议“的说法，网上有多种不一致的术语，有人称之为”netlink family“，有人称之为”bus“，还有人称之为“netlink protocol”，实际上指的是同一个东西，本文将称之为(netlink)协议。要在内核中使用netlink，需要为自己的内核服务添加新的netlink，现在有两种方法： ① 最开始的方法，使用<net/netlink.h>中的接口，即直接基于nlmsghdr。这是在Linux加入netlink机制之初添加协议的方法。该方法有个限制就是协议的数量不能超过32个，Linux3.10内核已经使用了22个。 ② 使用netlink generic。netlink generic是基于第一种方法实现的，协议号为NETLINK_GENERIC。它在NETLINK_GENERIC协议之上提供了多路复用，在其之上添加的新协议称之为Generic Netlink 协议，在没有歧义的情况下，也称作Generic协议或netlink协议。
出于学习的目的，本文将使用第一种方法。
三、NetLink协议基础
netlink机制提供的协议头如图所示：
netlink协议是面向消息的，要定义自己的协议，需要基于netlink提供的协议头，即struct nlmsghdr。自定义协议按照协议头格式填充协议头内容，并定义自己的playload，通常自定义的协议体包含自定义协议头与额外的属性，netlink提供了一系列的标准方法用于对消息进行打包与拆包。struct nlmsghdr的定义如下
struct nlmsghdr { __u32 nlmsg_len; /* Length of message including header */ __u16 nlmsg_type; /* Message content */ __u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */ __u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */ __u32 nlmsg_pid; /* Sending process port ID */}; 其中一些字段，如消息标志与消息类型字段，netlink对其作了一些预定义的值。除了这些预定义的值外，新协议可以定义自己的值。各字段含义如下：
① Total Length (32bit) 协议头与payload的总长度(包含中间对齐和payload尾部对齐的空间) ② Message Type (16bit)。除了预定义的几个类型外，新协议可以自由的加入自己的消息类型。类型对netlink核心透明 ③ Message Flags (16bit)。用于描述协议的行为，对netlink核心不透明 ④ Sequence Number (32bit)。可选，用于标志已发送的消息，如错误消息可以引用一个已发送消息。 ⑤ Port Number (32bit)。目的端口。若未指定，则会发送给内核
四、添加协议NETLINK_TEST
1. 协议格式设计：
为简便起见，仅设计一个具有echo功能的协议。不在标准nlmsghdr之后的payload中定义自己的协议头，payload即为echo文本串，不使用netlink提供的消息标志。定义两种消息类型：NLMSG_GETECHO(用于echo请求包)和NLMSG_SETECHO(用于echo响应包。出于学习的目的，用户进程使用socket接口收发信息。在实际的开发过程中，推荐是同libnl等库，该库提供的接口类似于内核中的那套接口，用起来非常方便。
2. 用户空间程序：
#include#include #include #include #include #include #include #define NETLINK_TEST 31 // 自定义的协议号/** 消息类型 **/#define NLMSG_SETECHO 0x11#define NLMSG_GETECHO 0x12/** 最大协议负荷(固定) **/#define MAX_PAYLOAD 101struct sockaddr_nl src_addr, dst_addr;struct iovec iov;int sockfd;struct nlmsghdr *nlh = NULL;struct msghdr msg;int main( int argc, char **argv){ if (argc != 2) { printf("usage: ./a.out \n"); exit(-1); } sockfd = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_TEST); // 创建NETLINK_TEST协议的socket /* 设置本地端点并绑定，用于侦听 */ bzero(&src_addr, sizeof(src_addr)); src_addr.nl_family = AF_NETLINK; src_addr.nl_pid = getpid(); src_addr.nl_groups = 0; //未加入多播组 bind(sockfd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr)); /* 构造目的端点，用于发送 */ bzero(&dst_addr, sizeof(dst_addr)); dst_addr.nl_family = AF_NETLINK; dst_addr.nl_pid = 0; // 表示内核 dst_addr.nl_groups = 0; //未指定接收多播组 /* 构造发送消息 */ nlh = malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD)); nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD); //保证对齐 nlh->nlmsg_pid = getpid(); /* self pid */ nlh->nlmsg_flags = 0; nlh->nlmsg_type = NLMSG_GETECHO; strcpy(NLMSG_DATA(nlh), argv[1]); iov.iov_base = (void *)nlh; iov.iov_len = nlh->nlmsg_len; msg.msg_name = (void *)&dst_addr; msg.msg_namelen = sizeof(dst_addr); msg.msg_iov = &iov; msg.msg_iovlen = 1; sendmsg(sockfd, &msg, 0); // 发送 /* 接收消息并打印 */ memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD)); recvmsg(sockfd, &msg, 0); printf(" Received message payload: %s\n", NLMSG_DATA(nlh));
注意：客户进程可以不进行bind而直接recvmsg，这样，默认本地绑定的端口为当前进程ID，因此，在发送消息时应将源端口指定为getpid()
3. 内核模块：
#include#include #include #include #define NETLINK_TEST 31#define NLMSG_SETECHO 0x11#define NLMSG_GETECHO 0x12static struct sock *sk; //内核端socketstatic void nl_custom_data_ready(struct sk_buff *skb); //接收消息回调函数int __init nl_custom_init(void){ struct netlink_kernel_cfg nlcfg = { .input = nl_custom_data_ready, }; sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_TEST, &nlcfg); printk(KERN_INFO "initialed ok!\n"); if (!sk) { printk(KERN_INFO "netlink create error!\n"); } return 0;}void __exit nl_custom_exit(void){ printk(KERN_INFO "existing...\n"); netlink_kernel_release(sk);}static void nl_custom_data_ready(struct sk_buff *skb){ struct nlmsghdr *nlh; void *payload; struct sk_buff *out_skb; void *out_payload; struct nlmsghdr *out_nlh; int payload_len; // with padding, but ok for echo nlh = nlmsg_hdr(skb); switch(nlh->nlmsg_type) { case NLMSG_SETECHO: break; case NLMSG_GETECHO: payload = nlmsg_data(nlh); payload_len = nlmsg_len(nlh); printk(KERN_INFO "payload_len = %d\n", payload_len); printk(KERN_INFO "Recievid: %s, From: %d\n", (char *)payload, nlh->nlmsg_pid); out_skb = nlmsg_new(NLMSG_DEFAULT_SIZE, GFP_KERNEL); //分配足以存放默认大小的sk_buff if (!out_skb) goto failure; out_nlh = nlmsg_put(out_skb, 0, 0, NLMSG_SETECHO, payload_len, 0); //填充协议头数据 if (!out_nlh) goto failure; out_payload = nlmsg_data(out_nlh); strcpy(out_payload, "[from kernel]:"); // 在响应中加入字符串，以示区别 strcat(out_payload, payload); nlmsg_unicast(sk, out_skb, nlh->nlmsg_pid); break; default: printk(KERN_INFO "Unknow msgtype recieved!\n"); } return;failure: printk(KERN_INFO " failed in fun dataready!\n");}module_init(nl_custom_init);module_exit(nl_custom_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_DESCRIPTION("a simple example for custom netlink protocal family");MODULE_AUTHOR("RSLjdkt");
注意：上面的回调函数是在进程上下文(系统调用中)进行的，若操作比较耗时，在实际使用中通常将工作交给内核线程处理，内核线程调用skb_recv_datagram函数。
3. 模块Makefile
obj-m += nltest.oKID := /lib/modules/`uname -r`/buildPWD := $(shell pwd)all: make -C $(KID) M=$(PWD) modulesclean: rm -rf *.o .cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
4. 操作：
insmod模块后，运行用户程序，用户进程输出：
Received message payload: [from kernel]:hello
内核模块的dmesg输出：
[181170.368671] initialed ok![181182.745293] payload_len = 104[181182.749476] Recievid: hello, From: 3127
其中，From后是发送端的“地址”
参考：
Netlink Protocol Fundamentals
netlink socket理解
generic_netlink_howto