本文主要是介绍Netlink是Linux内核提供的一种用于内核与用户空间进程之间通信的机制。,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
Netlink是Linux内核提供的一种用于内核与用户空间进程之间通信的机制。它允许内核向用户空间发送消息,同时也可以接收用户空间的请求并做出相应的响应。
Netlink的主要功能包括:
内核通知:
当网络事件发生时,例如接口状态变化、路由变化等,内核可以通过Netlink向用户空间发送通知。这样,用户空间的应用程序可以及时了解网络状态的变化,并做出相应的处理。
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>/* 假设我们有一个网络接口的回调函数 */
void network_interface_change(struct net_device *dev) {struct sk_buff *skb;struct nlmsghdr *nlh;struct ifinfomsg *ifi;char *data;/* 创建Netlink消息 */skb = alloc_skb(NLMSG_GOODSIZE, GFP_KERNEL);if (!skb) {printk(KERN_ERR "Failed to allocate Netlink socket buffer\n");return;}data = skb_put(skb, NLMSG_SPACE(sizeof(*ifi)));nlh = nlmsg_put(skb, 0, 0, RTM_NEWLINK, sizeof(*ifi), 0);if (!nlh) {printk(KERN_ERR "Failed to create Netlink message\n");kfree_skb(skb);return;}ifi = nlmsg_data(nlh);memset(ifi, 0, sizeof(*ifi));ifi->ifi_family = AF_PACKET;ifi->ifi_change = IFF_UP | IFF_RUNNING; // 设置网络接口状态变化为启用状态memcpy(ifi->ifi_name, dev->name, IFNAMSIZ); // 复制网络接口名称到消息中/* 通过Netlink发送消息到用户空间 */netlink_broadcast(netlink_socket, skb, 0, RTNLGRP_LINK, GFP_KERNEL);
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>#define NETLINK_USER 27struct msg_data {struct nlmsghdr nlh;char ifname[IFNAMSIZ]; // 接口名称char status[10]; // 接口状态
};int main(void) {int sockfd;struct sockaddr_nl addr;struct msg_data msg;int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);if (sockfd < 0) {perror("socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置接收数据包的Netlink地址结构体memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.nl_family = AF_NETLINK;addr.nl_pid = getpid(); // 设置接收消息的进程ID为当前进程IDaddr.nl_groups = RTMGRP_LINK; // 设置接收的数据包类型为链接相关的数据包// 绑定套接字到Netlink地址结构体if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收来自内核的通知消息while (1) {status = recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(msg), MSG_DONTWAIT, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 接收消息if (status < 0) {perror("recvfrom");exit(EXIT_FAILURE);}if (msg.nlh.nlmsg_type == RTM_NEWLINK) { // 判断消息类型为接口状态变化通知printf("Interface status changed: %s %s\n", msg.ifname, msg.status); // 输出接口名称和状态变化信息// 在这里可以根据接口状态变化进行相应的处理逻辑} else {printf("Received other message type: %d\n", msg.nlh.nlmsg_type); // 处理其他类型的消息}}return 0;
}
用户空间请求:
用户空间的应用程序可以通过Netlink向内核发送请求,例如配置网络接口、修改路由表等。这些请求会被内核接收并处理,然后内核通过Netlink将处理结果返回给用户空间的应用程序。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd;struct nl_msg *msg;struct nlattr *tb[IFLA_MAX + 1];struct rtmsg *rtm;char buf[4096];ssize_t n;int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);if (sockfd < 0) {perror("Failed to create Netlink socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 创建Netlink消息msg = nlmsg_alloc();if (!msg) {perror("Failed to allocate Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置消息类型和标志rtm = (struct rtmsg *)nlmsg_data(nlmsg_hdr(msg));rtm->rtm_family = AF_PACKET;rtm->rtm_ifindex = 0; // 设置要配置的网络接口的索引rtm->rtm_type = RTM_NEWLINK; // 设置请求类型为配置网络接口rtm->rtm_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_CREATE | NLM_F_EXCL; // 设置标志为请求、创建和排他性rtm->rtm_msglen = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct rtmsg)); // 设置消息长度// 填充消息数据tb[IFLA_IFNAME] = nla_alloc(); // 接口名称属性nla_put_string(tb[IFLA_IFNAME], "eth0"); // 设置接口名称为"eth0"nlmsg_end(msg, tb); // 结束消息结构体// 发送消息到内核status = nl_sendto(sockfd, msg, nlmsg_len(nlmsg_hdr(msg)));if (status < 0) {perror("Failed to send Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收内核的处理结果while ((n = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0)) > 0) {status = nlmsg_parse(buf, n, tb, IFLA_MAX, NULL); // 解析消息结构体if (status < 0) {perror("Failed to parse Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}if (tb[IFLA_IFNAME]) { // 检查接口名称属性是否存在printf("Interface %s has been configured.\n", nla_get_string(tb[IFLA_IFNAME])); // 打印配置结果} else {printf("Failed to configure the interface.\n"); // 打印配置失败信息}}close(sockfd); // 关闭Netlink套接字return 0;
}
内核与用户空间的交互:
Netlink提供了一种机制,使得内核和用户空间可以交互地传递数据。例如,当一个网络包到达时,内核可以通过Netlink向用户空间发送一个包含该包数据的消息。用户空间的应用程序可以接收这个消息,并对其进行处理。
内核代码:
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/skbuff.h>/* 内核中的代码 */
struct sk_buff *skb;
struct nlmsghdr *nlh;/* 创建Netlink消息 */
skb = alloc_skb(NLMSG_GOODSIZE, GFP_KERNEL);
if (!skb) {printk(KERN_ERR "Failed to allocate Netlink socket buffer\n");return;
}nlh = nlmsg_put(skb, 0, 0, NLMSG_DONE, 0, 0);
if (!nlh) {printk(KERN_ERR "Failed to create Netlink message\n");kfree_skb(skb);return;
}/* 通过Netlink发送消息到用户空间 */
netlink_send(netlink_socket, skb);
用户空间代码:
在用户空间中,首先需要创建一个Netlink套接字,然后使用recvfrom()函数接收来自内核的消息。以下是一个简单的用户空间代码示例:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <string.h>int main() {int sockfd;struct sockaddr_nl addr;struct nlmsghdr *nlh;char buffer[4096];int len;int ret;/* 创建Netlink套接字 */sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);if (sockfd < 0) {perror("Failed to create Netlink socket");exit(EXIT_FAILURE);}/* 配置目标地址 */memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.nl_family = AF_NETLINK;addr.nl_pid = 0; // 设置目标进程ID为0,表示接收来自任意进程的消息。根据需要可以设置特定的PID。addr.nl_groups = RTNLGRP_LINK; // 设置消息组别为链接组别,接收与链接相关的消息。根据需要可以设置其他组别。/* 接收消息 */len = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), MSG_WAITALL, (struct sockaddr *)&addr, &addr.nl_len);if (len < 0) {perror("Failed to receive Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}/* 处理接收到的消息 */nlh = (struct nlmsghdr *)buffer;while (nlmsg_ok(nlh, len)) {// 处理消息...(根据消息类型和内容进行相应的处理)nlh = nlmsg_next(nlh, &len);}
}
Netlink的使用场景非常广泛,包括但不限于以下几个方面:
网络管理工具:
如ifconfig、ip等命令行工具,它们使用Netlink与内核进行通信,以获取或修改网络接口的状态和配置。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <unistd.h>int main() {int sockfd;struct nl_msg *msg;struct nlattr *tb[IFLA_MAX + 1];struct rtmsg *rtm;char buf[4096];ssize_t n;int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);if (sockfd < 0) {perror("Failed to create Netlink socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 创建Netlink消息msg = nlmsg_alloc();if (!msg) {perror("Failed to allocate Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置消息类型和标志rtm = (struct rtmsg *)nlmsg_data(nlmsg_hdr(msg));rtm->rtm_family = AF_PACKET;rtm->rtm_ifindex = 0; // 设置要配置的网络接口的索引rtm->rtm_type = RTM_NEWLINK; // 设置请求类型为配置网络接口rtm->rtm_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_CREATE | NLM_F_EXCL; // 设置标志为请求、创建和排他性rtm->rtm_msglen = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct rtmsg)); // 设置消息长度// 填充消息数据tb[IFLA_IFNAME] = nla_alloc(); // 接口名称属性nla_put_string(tb[IFLA_IFNAME], "eth0"); // 设置接口名称为"eth0"nlmsg_end(msg, tb); // 结束消息结构体// 发送消息到内核status = nl_sendto(sockfd, msg, nlmsg_len(nlmsg_hdr(msg)));if (status < 0) {perror("Failed to send Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收内核的处理结果while ((n = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0)) > 0) {status = nlmsg_parse(buf, n, tb, IFLA_MAX, NULL); // 解析消息结构体if (status < 0) {perror("Failed to parse Netlink message");exit(EXIT_FAILURE);}if (tb[IFLA_IFNAME]) { // 检查接口名称属性是否存在printf("Interface %s has been configured.\n", nla_get_string(tb[IFLA_IFNAME])); // 打印配置结果} else {printf("Failed to configure the interface.\n"); // 打印配置失败信息}}close(sockfd); // 关闭Netlink套接字return 0;
}
网络监控工具:
如tcpdump、wireshark等,它们使用Netlink接收内核发送的网络包数据,以进行网络流量分析和监控。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>#define BUFFER_SIZE 4096int main() {int sockfd;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_nl addr;struct nlmsghdr *nlh;struct rtattr *tb[IFLA_MAX + 1];int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);if (sockfd < 0) {perror("socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置接收数据包的Netlink地址结构体memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.nl_family = AF_NETLINK;addr.nl_pid = getpid(); // 设置发送消息的进程IDaddr.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_IFADDR; // 设置接收的数据包类型,这里接收链接和IPv4地址相关的数据包// 绑定套接字到Netlink地址结构体if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收网络包数据while (1) {status = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, MSG_DONTWAIT, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if (status < 0) {perror("recvfrom");exit(EXIT_FAILURE);}// 解析网络包数据,这里只简单地打印消息类型和消息长度,实际应用中需要根据具体需求进行解析和处理nlh = (struct nlmsghdr *)buffer;while (NLMSG_OK(nlh, status)) {printf("Message type: %d\n", nlh->nlmsg_type);printf("Message length: %d\n", nlh->nlmsg_len);nlh = NLMSG_NEXT(nlh, status);}}// 关闭套接字close(sockfd);return 0;
}
网络服务守护进程:
如路由守护进程(routed)和动态主机配置协议(DHCP)服务器等,它们使用Netlink与内核进行通信,以处理网络路由和配置相关的请求。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>#define BUFFER_SIZE 4096int main() {int sockfd;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_nl addr;struct nlmsghdr *nlh;struct rtmsg *rtm;int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);if (sockfd < 0) {perror("socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置接收数据包的Netlink地址结构体memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.nl_family = AF_NETLINK;addr.nl_pid = getpid(); // 设置发送消息的进程IDaddr.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_ROUTE; // 设置接收的数据包类型,这里接收链接和IPv4路由相关的数据包// 绑定套接字到Netlink地址结构体if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind");exit(EXIT_FAILURE);}// 发送路由信息到内核nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(sizeof(*rtm)));memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(sizeof(*rtm)));nlh->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(*rtm));nlh->nlmsg_type = RTM_NEWROUTE; // 消息类型为添加路由nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_CREATE | NLM_F_REPLACE; // 设置消息标志为请求、创建和替换路由nlh->nlmsg_seq = 1; // 消息序列号rtm = NLMSG_DATA(nlh); // 路由信息结构体指针memset(rtm, 0, sizeof(*rtm));rtm->rtm_family = AF_INET; // 地址族为IPv4rtm->rtm_dst_len = 32; // 目标地址长度为32位(IPv4地址长度)rtm->rtm_src_len = 0; // 源地址长度为0(不指定源地址)rtm->rtm_tos = 0; // 服务类型为0(默认值)rtm->rtm_table = RT_TABLEID(RT_TABLEID_MAIN); // 路由表ID为主表(默认值)rtm->rtm_protocol = RTPROT_BOOT; // 路由协议为BOOTPROTO(默认值)rtm->rtm_scope = RT_SCOPE_UNIVERSE; // 作用域为UNIVERSE(默认值)rtm->rtm_type = RTN_UNICAST; // 路由类型为单播(默认值)strncpy(rtm->rtm_dst, "192.168.1.0", RTA_LEN-1); // 设置目标地址为192.168.1.0/24网段(示例)status = sendto(sockfd, nlh, nlh->nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 发送消息到内核if (status < 0) {perror("sendto");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收来自内核的路由信息响应消息while (1) {status = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, MSG_DONTWAIT, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 接收消息if (status < 0) {perror("recvfrom");exit(EXIT_FAILURE);}nlh = (struct nlmsghdr *)buffer; // 从接收到的消息中获取NLMSGHDR结构体指针while (NLMSG_OK(nlh, status)) {// 解析消息switch (nlh->nlmsg_type) {case RTM_NEWROUTE:// 处理路由信息printf("Received RTM_NEWROUTE message\n");break;case RTM_DELROUTE:// 处理删除路由信息printf("Received RTM_DELROUTE message\n");break;default:// 处理其他消息类型printf("Received other message type: %d\n", nlh->nlmsg_type);break;}// 移动到下一个消息nlh = NLMSG_NEXT(nlh, status);
}
自定义应用程序:
开发者可以使用Netlink来编写自定义的网络应用程序,以实现特定的网络功能或服务。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>#define NETLINK_USER 27struct msg_data {struct nlmsghdr nlh;char msg[10];
};int main(void) {int sockfd;struct sockaddr_nl addr;struct msg_data msg;int status;// 创建Netlink套接字sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);if (sockfd < 0) {perror("socket");exit(EXIT_FAILURE);}// 设置接收数据包的Netlink地址结构体memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.nl_family = AF_NETLINK;addr.nl_pid = 0; // 设置接收消息的进程ID为0,表示接收来自内核的消息addr.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_ROUTE; // 设置接收的数据包类型,这里接收链接和IPv4路由相关的数据包// 绑定套接字到Netlink地址结构体if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind");exit(EXIT_FAILURE);}// 发送消息到内核memset(&msg, 0, sizeof(msg));msg.nlh.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(msg));msg.nlh.nlmsg_type = NLMSG_USER; // 消息类型为自定义用户消息类型msg.nlh.nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST; // 设置消息标志为请求消息msg.nlh.nlmsg_seq = 1; // 消息序列号strncpy(msg.msg, "Hello Netlink", sizeof(msg.msg)); // 设置消息内容为"Hello Netlink"status = sendto(sockfd, &msg, msg.nlh.nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 发送消息到内核if (status < 0) {perror("sendto");exit(EXIT_FAILURE);}// 接收来自内核的响应消息status = recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(msg), MSG_DONTWAIT, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); // 接收消息if (status < 0) {perror("recvfrom");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Received message from kernel: %s\n", msg.msg); // 输出接收到的消息内容return 0;
}
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