2017-07-04
netlink是一种基于网络的通信机制，一般用于内核内部或者内核与用户层之间的通信。其有一个明显的特点就是异步性，通信的双方不要求同时在线，也就不用阻塞等待。NetLink按照数据包的格式发送/接收消息，提供双向通信，和其他内核与用户层通信机制相比，NetLink有其特有的优势：
- 任何一方不需要轮训，如果通过文件传递状态信息，则需要不断的检查是否有新消息到达。
- 系统调用和ioctl均可以从用户层向内核传递消息，但比简单的Netlink链接难于实现，另外，NetLink是系统提供的机制，不会和任何模块其冲突，兼容性好。
- 使用NetLink可以让内核主动的向用户层发消息，此时内核扮演的就是一个逻辑用户；而ioctl和系统调用、/proc均只能由用户层发起请求，让内核去被动响应。
- Netlink不仅支持单播，也支持多播即向多个进程发送消息。
从逻辑上来讲，NetLink应该处于传输层，因此其同样需要特定的协议。对于NetLink就是Netlink协议，内核中有netlink_family_ops，在用户层创建netlink类型的socket的时候最终会调用到netlink_family_ops注册的create函数
static const struct net_proto_family netlink_family_ops = { .family = PF_NETLINK, .create = netlink_create, .owner = THIS_MODULE, /* for consistency 8) */ };
每种协议都需要一组协议处理函数，针对Netlink有netlink_ops
static const struct proto_ops netlink_ops = { .family = PF_NETLINK, .owner = THIS_MODULE, .release = netlink_release, .bind = netlink_bind, .connect = netlink_connect, .socketpair = sock_no_socketpair, .accept = sock_no_accept, .getname = netlink_getname, .poll = netlink_poll, .ioctl = sock_no_ioctl, .listen = sock_no_listen, .shutdown = sock_no_shutdown, .setsockopt = netlink_setsockopt, .getsockopt = netlink_getsockopt, .sendmsg = netlink_sendmsg, .recvmsg = netlink_recvmsg, .mmap = netlink_mmap, .sendpage = sock_no_sendpage, };
我们重点关注netlink_sendmsg和netlink_recvmsg，这是netlink发送和接收数据的处理函数。
地址表示
NetLink的地址表示由sockaddr_nl负责
struct sockaddr_nl { __kernel_sa_family_t nl_family; /* AF_NETLINK */ unsigned short nl_pad; /* zero */ __u32 nl_pid; /* port ID */ __u32 nl_groups; /* multicast groups mask */ };
nl_family制定了协议族，这里肯定是AF_NETLINK，nl_pid用以该套接字，对于内核套接字来讲，nl_pid为0，而对于用户层程序而言，该值可以为任何值，协商好并保证唯一性即可。一般取为进程id或线程ID。nl_groups用以多播，当不需要多播时，该字段为0。
NetLink消息
NetLink消息是作为套接字缓冲区sk_buff的数据部分传递的，其消息本身又分为头部和数据。头部为
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 */ };
nlmsg_len为消息的长度，包含该头部在内。nlmsg_pid为发送进程的端口ID，这个用户可以自定义。其余的字段暂时用不到。在用户层还用到了一个结构
struct msghdr { void * msg_name; /* Socket name */ int msg_namelen; /* Length of name */ struct iovec * msg_iov; /* Data blocks */ __kernel_size_t msg_iovlen; /* Number of blocks */ void * msg_control; /* Per protocol magic (eg BSD file descriptor passing) */ __kernel_size_t msg_controllen; /* Length of cmsg list */ unsigned int msg_flags; };
msg_name是目标socket的地址结构sockaddr_nl的地址，msg_namelen是长度。msg_iov指向一个iov向量，msg_iovlen是向量的个数。剩下的暂不考察。当用户层向内核发送消息时，该结构作为参数传递。nlmsghdr 只能描述单个消息，而msghdr描述一组消息。通过iov向量聚合所有的消息，每个消息都有其对应的nlmsghdr.逻辑结构如下：
之前提到，socket也是一种特殊的文件，通过VFS的借口同样可以对其实现管理。sokket本身就需要实现文件系统的相应接口，有自己的文件系统操作。
内核中的表示
netlink socket在内核中涉及到的结构有下:socket，sock，netlink_sock，前者是套接字通用结构，sock是套接字在网络层的体现，而sock其实是内嵌在netlink_sock结构中，后者保存有链接两端的端口ID，并包含一个函数，用于在接收数据时使用！
以马内利
参考资料：
《linux3.10.1源码》