linux c netlink

Netlink 是 Linux 内核中的一种用于内核与用户空间进程之间双向通信的机制。它提供了一种灵活且高效的方式来传递内核与用户空间之间的消息，特别是在网络配置和监控方面。

基础概念

Netlink 是一种套接字协议，类似于 Unix 域套接字，但专门用于内核与用户空间之间的通信。它允许用户空间应用程序发送请求到内核，并接收内核的响应。Netlink 套接字使用 AF_NETLINK 地址族，并且可以处理多种类型的消息。

类型与应用场景

Netlink 主要用于以下几种场景：

网络配置：如路由表管理、IP 地址分配等。
防火墙和 NAT：用于配置和管理内核级别的防火墙规则和网络地址转换。
网络监控：实时获取网络状态信息，如连接数、流量统计等。
内核模块开发：在内核模块中与用户空间应用程序进行交互。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示如何使用 Netlink 在用户空间与内核之间发送和接收消息。

用户空间代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>

#define NETLINK_USER 31

struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
char *buffer;

void send_msg(char *msg) {
    nlh->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(strlen(msg));
    strcpy(NLMSG_DATA(nlh), msg);
    iov.iov_base = (void *)nlh;
    iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;
    sendmsg(sock_fd, &iov, 1);
}

void recv_msg() {
    int len;
    len = recv(sock_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0);
    if (len < 0) {
        perror("recv");
        return;
    }
    printf("Received message: %s\n", buffer);
}

int main() {
    sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);
    if (sock_fd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
    src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    src_addr.nl_pid = getpid();
    src_addr.nl_groups = 0;

    if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr)) < 0) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    dest_addr.nl_pid = 0; // For kernel
    dest_addr.nl_groups = 0;

    nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    nlh->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(MAX_PAYLOAD);
    nlh->nlmsg_pid = getpid();
    nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST;
    nlh->nlmsg_type = 1; // Custom message type

    buffer = (char *)malloc(BUFFER_SIZE);
    memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);

    send_msg("Hello from user space!");
    recv_msg();

    close(sock_fd);
    free(nlh);
    free(buffer);
    return 0;
}

内核空间代码

内核空间的代码较为复杂，通常涉及内核模块的开发。以下是一个简单的示例框架：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/skbuff.h>

#define NETLINK_USER 31

static struct sock *nl_sk = NULL;

static void nl_recv_msg(struct sk_buff *skb) {
    struct nlmsghdr *nlh;
    char *msg;

    nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;
    msg = (char *)NLMSG_DATA(nlh);

    printk(KERN_INFO "Received message from user space: %s\n", msg);
}

static int __init netlink_init(void) {
    printk(KERN_INFO "Netlink module loaded\n");

    nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, nl_recv_msg, NULL, THIS_MODULE);
    if (!nl_sk) {
        printk(KERN_ERR "Failed to create netlink socket\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

static void __exit netlink_exit(void) {
    printk(KERN_INFO "Netlink module unloaded\n");
    netlink_kernel_release(nl_sk);
}

module_init(netlink_init);
module_exit(netlink_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Netlink module");

常见问题及解决方法

权限问题：
- 问题：用户空间应用程序无法绑定到 Netlink 套接字。
- 原因：可能是由于权限不足，Netlink 套接字通常需要 root 权限。
- 解决方法：确保应用程序以 root 用户运行，或者使用 setcap 命令赋予二进制文件相应的权限。

消息丢失：
- 问题：发送的消息没有被内核正确接收或处理。
- 原因：可能是由于消息格式不正确或内核模块未正确注册回调函数。
- 解决方法：检查消息格式是否符合 Netlink 协议规范，并确保内核模块正确注册了消息处理函数。
性能问题：
- 问题：在高负载情况下，Netlink 通信出现延迟或丢包。
- 原因：可能是由于消息队列溢出或处理逻辑效率低下。
- 解决方法：优化内核模块的消息处理逻辑，增加消息队列大小，或者采用批量处理的方式减少通信次数。

通过以上信息，你应该能够更好地理解和使用 Netlink 进行内核与用户空间之间的通信。