用戶空間和內(nèi)核空間通訊之Netlink

用戶空間和內(nèi)核空間通訊之Netlink引言AlanCox在內(nèi)核1.3版本的開發(fā)階段最先引入了Netlink，剛開始時(shí)Netlink是以字符驅(qū)動(dòng)接口的方式提供內(nèi)核與用戶空間的雙向數(shù)據(jù)通信；隨后，在2.1內(nèi)核開發(fā)過程中，AlexeyKuznetsov將Netlink改寫成一個(gè)更加靈活、且易于擴(kuò)展的基于消息通信接口，并將其應(yīng)用到高級(jí)路由子系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架里。自那時(shí)起，Netlink就成了Linux內(nèi)核子系統(tǒng)和用戶態(tài)的應(yīng)用程序通信的主要手段之一。2001年，F(xiàn)orCESIETF委員會(huì)正式對(duì)Netlink進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的工作。JamalHadiSalim提議將Netlink定義成一種用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由引擎組件和其控制管理組件之間通信的協(xié)議。不過他的建議最終沒有被采納，取而代之的是我們今天所看到的格局：Netlink被設(shè)計(jì)成一個(gè)新的協(xié)議域，domain。Linux之父托瓦斯曾說過“Linuxisevolution,notintelligentdesign”。什么意思？就是說，Netlink也同樣遵循了Linux的某些設(shè)計(jì)理念，即沒有完整的規(guī)范文檔，亦沒有設(shè)計(jì)文檔。只有什么？你懂得---“Readthef**kingsourcecode”。當(dāng)然，本文不是分析Netlink在Linux上的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，而是就“什么是Netlink”以及“如何用好Netlink”的話題和大家做個(gè)分享，只有在遇到問題時(shí)才需要去閱讀內(nèi)核源碼弄清個(gè)所以然。<spanstyle="font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size:11.0pt;font-family:宋體;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關(guān)于Netlink的理解，需要把握幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1、面向數(shù)據(jù)報(bào)的無連接消息子系統(tǒng)2、基于通用的BSDSocket架構(gòu)而實(shí)現(xiàn)關(guān)于第一點(diǎn)使我們很容易聯(lián)想到UDP協(xié)議，能想到這一點(diǎn)就非常棒了。按著UDP協(xié)議來理解Netlink不是不無道理，只要你能觸類旁通，做到“活學(xué)”，善于總結(jié)歸納、聯(lián)想，最后實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移這就是學(xué)習(xí)的本質(zhì)。Netlink可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核->用戶以及用戶->內(nèi)核的雙向、異步的數(shù)據(jù)通信，同時(shí)它還支持兩個(gè)用戶進(jìn)程之間、甚至兩個(gè)內(nèi)核子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。本文中，對(duì)后兩者我們不予考慮，焦點(diǎn)集中在如何實(shí)現(xiàn)用戶<->內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)通信?？吹降诙c(diǎn)腦海中是不是瞬間閃現(xiàn)了下面這張圖片呢？如果是，則說明你確實(shí)有慧根；當(dāng)然，不是也沒關(guān)系，慧根可以{__u32nlmsg_len;/*Lengthofmessageincludingheader*/__u16nlmsg_type;/*Messagecontent*/__u16nlmsg_flags;/*Additionalflags*/__u32nlmsg_seq;/*Sequencenumber*/__u32nlmsg_pid;/*SendingprocessPID*/};消息頭中各成員屬性的解釋及說明：nlmsg_type：消息的類型，即是數(shù)據(jù)還是控制消息。目前(內(nèi)核版本2.6.21)Netlink僅支持四種類型的控制消息，如下：NLMSG_NOOP-空消息，什么也不做；NLMSG_ERROR-指明該消息中包含一個(gè)錯(cuò)誤；NLMSG_DONE-如果內(nèi)核通過Netlink隊(duì)列返回了多個(gè)消息，那么隊(duì)列的最后一條消息的類型為NLMSG_DONE，其余所有消息的nlmsg_flags屬性都被設(shè)置NLM_F_MULTI位有效。NLMSG_OVERRUN-暫時(shí)沒用到。nlmsg_flags：附加在消息上的額外說明信息，如上面提到的NLM_F_MULTI。摘錄如下：<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">標(biāo)記<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">作用及說明<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">如果消息中有該標(biāo)記位，說明這是一個(gè)請(qǐng)求消息。所有從用戶空間到內(nèi)核空間的消息都要設(shè)置該位，否則內(nèi)核將向用戶返回一個(gè)EINVAL無效參數(shù)的錯(cuò)誤<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">消息從用戶->內(nèi)核是同步的立刻完成，而從內(nèi)核->用戶則需要排隊(duì)。如果內(nèi)核之前收到過來自用戶的消息中有NLM_F_DUMP位為1的消息，那么內(nèi)核就會(huì)向用戶空間發(fā)送一個(gè)由多個(gè)Netlink消息組成的鏈表。除了最后個(gè)消息外，其余每條消息中都設(shè)置了該位有效。<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">該消息是內(nèi)核對(duì)來自用戶空間的NLM_F_REQUEST消息的響應(yīng)<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">如果從用戶空間發(fā)給內(nèi)核的消息中該標(biāo)記為1，則說明用戶的應(yīng)用進(jìn)程要求內(nèi)核將用戶發(fā)給它的每條消息通過單播的形式再發(fā)送給用戶進(jìn)程。和我們通常說的“回顯”功能類似。<tdstyle="width:85.65pt;border:solidblack1.0pt;mso-border-themecolor:text1;border-top: