用户空间和内核空间通讯之Netlink

用户空间和内核空间通讯之Netlink引言AlanCox在内核1.3版本的开发阶段最先引入了Netlink，刚开始时Netlink是以字符驱动接口的方式提供内核与用户空间的双向数据通信；随后，在2.1内核开发过程中，AlexeyKuznetsov将Netlink改写成一个更加灵活、且易于扩展的基于消息通信接口，并将其应用到高级路由子系统的基础框架里。自那时起，Netlink就成了Linux内核子系统和用户态的应用程序通信的主要手段之一。2001年，ForCESIETF委员会正式对Netlink进行了标准化的工作。JamalHadiSalim提议将Netlink定义成一种用于网络设备的路由引擎组件和其控制管理组件之间通信的协议。不过他的建议最终没有被采纳，取而代之的是我们今天所看到的格局：Netlink被设计成一个新的协议域，domain。Linux之父托瓦斯曾说过“Linuxisevolution,notintelligentdesign”。什么意思？就是说，Netlink也同样遵循了Linux的某些设计理念，即没有完整的规范文档，亦没有设计文档。只有什么？你懂得---“Readthef**kingsourcecode”。当然，本文不是分析Netlink在Linux上的实现机制，而是就“什么是Netlink”以及“如何用好Netlink”的话题和大家做个分享，只有在遇到问题时才需要去阅读内核源码弄清个所以然。<spanstyle="font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:11.0pt;font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-ascii-theme-font:minor-latin;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-hansi-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:">什么是Netlink关于Netlink的理解，需要把握几个关键点：1、面向数据报的无连接消息子系统2、基于通用的BSDSocket架构而实现关于第一点使我们很容易联想到UDP协议，能想到这一点就非常棒了。按着UDP协议来理解Netlink不是不无道理，只要你能触类旁通，做到“活学”，善于总结归纳、联想，最后实现知识迁移这就是学习的本质。Netlink可以实现内核->用户以及用户->内核的双向、异步的数据通信，同时它还支持两个用户进程之间、甚至两个内核子系统之间的数据通信。本文中，对后两者我们不予考虑，焦点集中在如何实现用户<->内核之间的数据通信。看到第二点脑海中是不是瞬间闪现了下面这张图片呢？如果是，则说明你确实有慧根；当然，不是也没关系，慧根可以{__u32nlmsg_len;/*Lengthofmessageincludingheader*/__u16nlmsg_type;/*Messagecontent*/__u16nlmsg_flags;/*Additionalflags*/__u32nlmsg_seq;/*Sequencenumber*/__u32nlmsg_pid;/*SendingprocessPID*/};消息头中各成员属性的解释及说明：nlmsg_type：消息的类型，即是数据还是控制消息。目前(内核版本2.6.21)Netlink仅支持四种类型的控制消息，如下：NLMSG_NOOP-空消息，什么也不做；NLMSG_ERROR-指明该消息中包含一个错误；NLMSG_DONE-如果内核通过Netlink队列返回了多个消息，那么队列的最后一条消息的类型为NLMSG_DONE，其余所有消息的nlmsg_flags属性都被设置NLM_F_MULTI位有效。NLMSG_OVERRUN-暂时没用到。nlmsg_flags：附加在消息上的额外说明信息，如上面提到的NLM_F_MULTI。摘录如下：<tableclass="MsoTableGrid"style="border-collapse:collapse;border:none;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;mso-yfti-tbllook:1184;mso-padding-alt:0cm5.4pt0cm5.4pt"border="1"cellpadding="0"cellspacing="0">标记<tdstyle="width:340.45pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-left:none;mso-border-left-alt:solidblack.5pt;mso-border-left-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="454">作用及说明<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top:none;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="114">NLM_F_REQUEST<tdstyle="width:340.45pt;border-top:none;border-left:none;border-bottom:solidblack1.0pt;mso-border-bottom-themecolor:text1;border-right:solidblack1.0pt;mso-border-right-themecolor:text1;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-left-alt:solidblack.5pt;mso-border-left-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="454">如果消息中有该标记位，说明这是一个请求消息。所有从用户空间到内核空间的消息都要设置该位，否则内核将向用户返回一个EINVAL无效参数的错误<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top:none;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="114">NLM_F_MULTI<tdstyle="width:340.45pt;border-top:none;border-left:none;border-bottom:solidblack1.0pt;mso-border-bottom-themecolor:text1;border-right:solidblack1.0pt;mso-border-right-themecolor:text1;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-left-alt:solidblack.5pt;mso-border-left-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="454">消息从用户->内核是同步的立刻完成，而从内核->用户则需要排队。如果内核之前收到过来自用户的消息中有NLM_F_DUMP位为1的消息，那么内核就会向用户空间发送一个由多个Netlink消息组成的链表。除了最后个消息外，其余每条消息中都设置了该位有效。<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top:none;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="114">NLM_F_ACK<tdstyle="width:340.45pt;border-top:none;border-left:none;border-bottom:solidblack1.0pt;mso-border-bottom-themecolor:text1;border-right:solidblack1.0pt;mso-border-right-themecolor:text1;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-left-alt:solidblack.5pt;mso-border-left-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="454">该消息是内核对来自用户空间的NLM_F_REQUEST消息的响应<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top:none;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="114">NLM_F_ECHO<tdstyle="width:340.45pt;border-top:none;border-left:none;border-bottom:solidblack1.0pt;mso-border-bottom-themecolor:text1;border-right:solidblack1.0pt;mso-border-right-themecolor:text1;mso-border-top-alt:solidblack.5pt;mso-border-top-themecolor:text1;mso-border-left-alt:solidblack.5pt;mso-border-left-themecolor:text1;mso-border-alt:solidblack.5pt;mso-border-themecolor:text1;padding:0cm5.4pt0cm5.4pt"valign="top"width="454">如果从用户空间发给内核的消息中该标记为1，则说明用户的应用进程要求内核将用户发给它的每条消息通过单播的形式再发送给用户进程。和我们通常说的“回显”功能类似。<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top: