Linux内核netlink机制 - 连接器（Netlink Connector）
目录
简介：
一、Connector数据结构和 API
1、数据结构体
1.1 消息头结构体
1.2 连接器id结构体
1.3 netlink参数结构体
2、注册callback
3、卸载callback
4、发送消息
二、参考示例
1、用户态使用连接器
2、内核态使用连接器
简介：
连接器是一种用户态与内核态的通信方式，本质上，连接器是一种netlink，它的 netlink 协议号为 NETLINK_CONNECTOR，与一般的 netlink 相比，它提供了更容易的使用接口。目前，稳定内核有两个连接器应用实例，一个是进程事件连接器，另一个是 CIFS 文件系统。连接器实现代码在内核的 driver/connector 目录中。用户可以配置内核菜单选择是否启用连接器。
任何内核模块要想使用连接器，必须先注册一个标识 ID 和 回调函数，当连接器收到 netlink 消息后，会根据消息对应的标识 ID 调用相应该 ID 的回调函数。
连接器系统框架如图：
一、Connector数据结构和 API
1、数据结构体
1.1 消息头结构体
/* include/uapi/linux/netlink.h */
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 */
};
1.2 连接器id结构体
struct cb_id 是连接器实例的标识 ID，它用于确定 netlink 消息与回调函数的对应关系。当连接器接收到标识 ID 为 {idx，val} 的 netlink 消息时，注册的回调函数 void (*callback) (void *) 将被调用。该回调函数的参数为结构 struct cn_msg 的指针
/* include/uapi/linux/connector.h */
struct cb_id {__u32 idx;__u32 val;
};struct cn_msg {struct cb_id id;__u32 seq;__u32 ack;__u16 len; /* Length of the following data */__u16 flags;__u8 data[0];
};1.3 netlink参数结构体
/* 源码路径：include/linux/netlink.h */
struct netlink_skb_parms {struct scm_creds creds; /* Skb credentials */__u32 portid;__u32 dst_group;__u32 flags;struct sock *sk;bool nsid_is_set;int nsid;
};2、注册callback
接口函数 cn_add_callback 用于向连接器注册新的连接器实例以及相应的回调函数
int cn_add_callback(struct cb_id *id, const char *name,void (*callback)(struct cn_msg *,struct netlink_skb_parms *))功能：向连接器注册新的连接器实例，当收到标识ID则callback函数被调用
参数：
- id ：注册的标识 ID；
- name ：连接器回调函数的符号名；
- callback ：回调函数
3、卸载callback
接口函数 cn_del_callback 用于卸载回调函数
void cn_del_callback(struct cb_id *id)功能：卸载callback函数
参数：
- id：卸载 cn_add_callback 时注册的 id；
4、发送消息
接口函数 cn_netlink_send 用于向指定的组发送消息（用于向用户态发送netlink消息），它可以在任何上下文安全地调用，但是，如果内存不足，可能会发送失败
int cn_netlink_send(struct cn_msg *msg, u32 portid, u32 __group, gfp_t gfp_mask)功能：向给定的组发送消息（向用户态发送netlink消息）
参数：
- msg：netlink 消息的消息头；
- __group：接收消息的组。如果它为 0，那么连接器将搜索所有注册的连接器用户，最终将发送给用户 ID 与在 msg 中的 ID 相同的组，但如果 __group 不为 0，消息将发送给 __group 指定的组；
- gfp_mask：页分配标志；
二、参考示例
ncp 为 Netlink Connector Process，即用户态我们需要开发的程序
1、用户态使用连接器
实现了用户态发送/接收连接器msg
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <linux/netlink.h>/* CN_NETLINK_USERS 定义在 include/uapi/linux/connector.h */
#define CN_VIF_ID CN_NETLINK_USERS + 3
#define CN_VIF_VAL 0x5555#define RX_BUF_SIZE 100 //接收buf size
#define MAX_PLOAD 100 //发送message内存sizetypedef struct
{struct nlmsghdr hdr;char msg[RX_BUF_SIZE];
}RX_KERNEL_MSG;static int nl_connector_send(int _skfd, char *_pBuf, int _len)
{static int seq = 0;int ret = -1;struct nlmsghdr *nlhdr;struct cn_msg *cnmsg;/* 配置消息头 */nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PLOAD)); //申请buf//初始化头 nlmsghdrmemset(nlhdr, 0, sizeof(struct nlmsghdr));nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(_len); //包括netlink消息头在内，整个消息长度 nlhdr->nlmsg_flags = 0; //消息标志nlhdr->nlmsg_type = NLMSG_DONE; //消息类型nlhdr->nlmsg_seq = 0; //消息报文的序列号nlhdr->nlmsg_pid = getpid(); //消息中加入本应用端口pid/* 设置数据 */cnmsg = (struct cn_msg*)NLMSG_DATA(nlhdr); //找到存放 cn_msg 的地址cnmsg->id.idx = CN_VIF_ID;cnmsg->id.val = CN_VIF_VAL;cnmsg->seq = seq++;cnmsg->ack = 0;memcpy(cnmsg->data, _pBuf, _len); //这里要注意越界风险cnmsg->len = _len;/* 发送数据 */ret = send(_skfd, nlhdr, nlhdr->nlmsg_len, 0); //将message消息发送给内核if(!ret){perror("Failed to send:");exit(-1);}free((void *)nlhdr);return ret;
}static int nl_connector_recv(int _skfd, char *_pBuf, int _len)
{int ret = -1;struct nlmsghdr *nlhdr_rx;char *pData;len = recv(_skfd, _pBuf, _len, 0);if (len == -1) {log_e("recv buf failed\n");// close(ksif->fd);return -1;}nlhdr_rx = (struct nlmsghdr *)_pBuf; //msg头部分pData = (struct cn_msg *)NLMSG_DATA(nlhdr_rx); //数据部分//判断msc头类型switch (nlhdr_rx->nlmsg_type) {case NLMSG_ERROR:printf("Error message received.\n");ret = 0;break;case NLMSG_DONE:ret = len;if(data->id.idx != CN_VIF_ID || data->id.val != CN_VIF_VAL)return 0;printf("[%x.%x] [%08u.%08u] %dbytes\n", data->id.idx, data->id.val, data->seq, data->ack, data->len);break;default:break;}return ret;
}int main(int argc, char* argv[])
{char *data = "This message is from user's space";char rx_buf[NL_SPACE(MAX_PLOAD)];//初始化struct sockaddr_nl l_local = {0}; //sockaddr_nl 是 netlink 使用的地址数据结构int skfd = -1;int seq = 0;int ret = -1;/* 1.创建NETLINK socket */skfd = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_CONNECTOR);if(skfd < 0){printf("can not connect to kernel by netlink type %d\n", NETLINK_CONNECTOR);return -1;}//初始化 netlink 地址l_local.nl_family = AF_NETLINK;l_local.nl_pid = getpid();l_local.nl_groups = -1; //请求组的位掩码，-1转为无符号32位的0xffffffff(表示都接收)if(bind(skfd, (struct sockaddr *)&l_local, sizeof(struct sockaddr_nl)) != 0){printf("bind() error\n");close(skfd);return -1;}/* 2.发送数据 */nl_connector_send(skfd, (char *)data, sizeof(data));/* 3.接收内核发来的信息 */nl_connector_recv(skfd, (char *)rx_buf, sizeof(rx_buf));printf("User Receive ACK from kernel:%s\r\n",(char *)info.msg);//内核和用户进行通信close(skfd);return 0;
}2、内核态使用连接器
实现内核态接收/发送连接器msg
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/sched.h>
#include <net/sock.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/connector.h>
#include <uapi/linux/connector.h>/* 连接器的唯一标识，连接器需要它来找到对应的连接器实例 */
#define CN_VIF_ID CN_NETLINK_USERS + 3
#define CN_VIF_VAL 0x5555static struct cb_id g_cb_id = { CN_VIF_ID, CN_VIF_VAL };/* cn 发送 */
static int cn_func_send(const uint8_t *_pBuf, size_t _len)
{struct cn_msg *m;static int seq_cnt = 0;m = kzalloc(sizeof(*m) + _len, GFP_ATOMIC);if (!m) {printk("kzalloc cn_msg failed\n");return 0;}m->id.idx = CN_VIF_ID;m->id.val = CN_VIF_VAL;m->seq = seq_cnt++;m->len = _len;memcpy(m + 1, _pBuf, m->len);//#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,15,0)cn_netlink_send(m, 0, 0, GFP_ATOMIC);
//#else
// cn_netlink_send(m, 0, GFP_ATOMIC);
//#endifkfree(m);return _len;
}/* 接收回调函数 */
static void cn_func_callback(struct cn_msg *cn_msg, struct netlink_skb_parms *nsp)
{/* 打印接收到的数据和长度 */printk("kernel space Rx: data: %s, len: %d\n", cn_msg->data, cn_msg->len);/* 内核态应答数据 */cn_func_send("kernel space Tx: ACK", sizeof("kernel space Tx: ACK"));
}int __init netlink_connector_init(void)
{int ret = -1;/* 注册 cn 接收回调函数 */ret = cn_add_callback(&g_cb_id, "cn_func", cn_func_callback);if(ret) {pr_err("cn_add_callback cn_func failed\n");return ret;}printk(KERN_DEBUG "netlink_connector_init!!\n");return ret;
}void __exit netlink_connector_exit(void)
{cn_del_callback(&g_cb_id);printk(KERN_DEBUG "netlink_connector_exit!!\n");
}module_init(netlink_connector_init);
module_exit(netlink_connector_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("dongao");驱动加载后查看结果：
$ cat /proc/net/connector
Name ID
cn_func 14:21845