netlink 通信（二）：关键代码解读

在上一篇文章中，我们给出了示例代码，下边就示例代码中的关键部分做一解读：

1. struct netlink_kernel_cfg 结构体

1. 定义

通常位于内核头文件 /usr/src/linux-5.15-headers-x.x/include/linux/netlink.h :

struct netlink_kernel_cfg {
    unsigned int    groups;     // 允许的组数
    unsigned int    flags;      // 标记
    void        (*input)(struct sk_buff *skb);  // 输入处理回调
    struct mutex    *cb_mutex;
    int     (*bind)(struct net *net, int group);    // 绑定回调
    void    (*unbind)(struct net *net, int group);  // 解绑回调
    bool    (*compare)(struct net *net, struct sock *sk);
};

2. 结构体参数说明

• groups：
  • 类型：unsigned int
  • 描述：指定允许的 Netlink 组数。Netlink 组用于多播消息的发送和接收，允许多个用户空间进程订阅同一组的消息。
• input：
  • 类型：指向函数的指针，函数签名为 int (*input)(struct sk_buff *skb)
  • 描述：这是一个回调函数，用于处理接收到的 Netlink 消息。当内核接收到来自用户空间的消息时，会调用此函数进行处理。skb 是指向 socket 缓冲区的指针，包含了接收到的数据。
• bind：
  • 类型：指向函数的指针，函数签名为 int (*bind)(struct netlink_sock *sock, struct netlink_kernel_cfg *cfg)
  • 描述：这是一个可选的回调函数，用于在绑定 Netlink 套接字时执行特定的操作。可以在此函数中进行额外的初始化或配置。

3. 作用

• netlink_kernel_cfg 结构体用于配置 Netlink 套接字，包含了允许的组数、输入处理函数和绑定函数等参数。
• 通过合理配置 netlink_kernel_cfg，可以实现内核与用户空间之间的高效通信，处理网络相关的消息和事件。

2. init_net 全局变量

在 Linux 内核中，init_net 是一个全局变量，表示系统初始化时创建的默认网络命名空间（network namespace）。它是一个 struct net 类型的结构体实例，包含了与网络相关的各种信息和状态。

1. init_net 的作用

• 默认网络命名空间：init_net 代表了系统启动时的网络命名空间，所有未特别指定命名空间的网络操作都将在这个命名空间中进行。
• 网络资源管理：它包含了与网络相关的资源和状态，例如网络接口、路由表、套接字等。

2. 在示例中的使用

在之前的示例中，init_net 被用作创建 Netlink 套接字的上下文：

nl_sock = netlink_kernel_create(&init_net, MY_MOD_NETLINK_TOKEN, &cfg);

• 参数解释：
  • &init_net：传递 init_net 的地址，表示要在默认网络命名空间中创建 Netlink 套接字。
  • MY_MOD_NETLINK_TOKEN：指定 Netlink 套接字的类型。
  • &cfg：传递配置结构体，包含了允许的组数和输入处理函数等。

3. 网络命名空间的概念

• 命名空间：Linux 的网络命名空间允许将网络资源（如网络接口、路由表等）隔离，使得不同的进程可以在不同的网络环境中运行。
• init_net：作为默认命名空间，init_net 是所有进程在没有指定其他命名空间时使用的网络环境。

4. 总结

• init_net 是 Linux 内核中表示默认网络命名空间的全局变量。
• 在创建 Netlink 套接字时，使用 init_net 作为上下文，确保套接字在默认网络命名空间中运行。
• 通过网络命名空间，Linux 提供了灵活的网络资源管理和隔离机制。

3. NLMSG_SPACE 与NLMSG_DATA 宏定义

在 Linux 内核中，NLMSG_SPACE 和 NLMSG_DATA 两个宏定义用于处理 Netlink 消息的结构和数据。这两个宏的使用是为了简化 Netlink 消息的管理和访问，确保代码的可读性和正确性。

1. NLMSG_SPACE 宏

• 定义：

  #define NLMSG_SPACE(len) ((len) + NLMSG_HDRLEN)
  

• 作用：

  • NLMSG_SPACE 用于计算 Netlink 消息所需的总字节数，包括消息头的长度和有效载荷的长度。
  • NLMSG_HDRLEN 是 Netlink 消息头的长度，通常是固定的。

• 重要性：

  • 内存分配：在创建 Netlink 消息时，使用 NLMSG_SPACE 可以确保分配足够的内存来存储整个消息，包括头部和数据部分。
  • 避免错误：通过使用这个宏，可以避免手动计算消息长度时可能出现的错误，确保消息结构的完整性。

2. NLMSG_DATA 宏

• 定义：

  #define NLMSG_DATA(nlh) ((void *)(((char *)nlh) + NLMSG_HDRLEN))
  

• 作用：

  • NLMSG_DATA 用于获取指向 Netlink 消息有效载荷的指针。它通过将消息头的指针偏移 NLMSG_HDRLEN 的长度来实现。
  • 这个宏返回一个指向有效载荷数据的指针，方便后续的数据处理。

• 重要性：

  • 简化访问：使用 NLMSG_DATA 可以简化访问 Netlink 消息有效载荷的过程，避免手动计算偏移量。
  • 提高可读性：通过使用宏，代码的可读性提高，其他开发者可以更容易理解消息的结构。

3. 示例

• 以下是一个简单的示例，展示如何使用这两个宏：

  struct nlmsghdr *message;
  int msglen = sizeof(my_data);
  
  // 分配内存
  message = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(msglen));
  
  // 设置消息头
  message->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(msglen);
  message->nlmsg_type = MY_NETLINK_TYPE;
  
  // 访问有效载荷
  memcpy(NLMSG_DATA(message), &my_data, msglen);
  

4. 总结

• NLMSG_SPACE 和 NLMSG_DATA 是用于处理 Netlink 消息的两个重要宏。
• NLMSG_SPACE 确保分配足够的内存以容纳整个消息，而 NLMSG_DATA 提供了一个方便的方式来访问消息的有效载荷。
• 这两个宏的使用提高了代码的安全性、可读性和可维护性，减少了出错的可能性。