Linux Netlink 基本使用方法

　　1.什么是Netlink
　　什么是Netlink？Netlink是linux提供的用於內核和用戶態進程之間的通信方式。但是注意雖然Netlink主要用於用戶空間和內核空間的通信，但是也能用於用戶空間的兩個進程通信。只是進程間通信有其他很多方式，一般不用Netlink。除非需要用到Netlink的廣播特性時。
　　那么Netlink有什么優勢呢？一般來說用戶空間和內核空間的通信方式有三種：/proc、ioctl、Netlink。而前兩種都是單向的，但是Netlink可以實現雙工通信。
　　Netlink協議基於BSDsocket和AF_NETLINK地址簇(addressfamily)，使用32位的端口號尋址(以前稱作PID)，每個Netlink協議(或稱作總線，man手冊中則稱之為netlinkfamily)，通常與一個或一組內核服務/組件相關聯，如NETLINK_ROUTE用於獲取和設置路由與鏈路信息、NETLINK_KOBJECT_UEVENT用於內核向用戶空間的udev進程發送通知等。netlink具有以下特點：
　　①支持全雙工、異步通信(當然同步也支持)https://www.weixiu3721.com
　　②用戶空間可使用標准的BSDsocket接口(但netlink並沒有屏蔽掉協議包的構造與解析過程，推薦使用libnl等第三方庫)
　　③在內核空間使用專用的內核API接口
　　④支持多播(因此支持“總線”式通信，可實現消息訂閱)
　　⑤在內核端可用於進程上下文與中斷上下文
　　如何學習Netlink？我覺得最好的方式就是將Netlink和UDPsocket對比學習。因為他們真的很對地方相似。AF_NETLINK和AF_INET對應，是一個協議族，而NETLINK_ROUTE、NETLINK_GENERIC這些是協議，對應於UDP。
　　那么我們主要關注Netlink和UDPsocket之間的不同點，其中最重要的一點就是：使用UDPsocket發送數據包時，用戶無需構造UDP數據包的包頭，內核協議棧會根據原、目的地址（sockaddr_in）填充頭部信息。但是Netlink需要我們自己構造一個包頭（這個包頭有什么用，我們后面再說）。
　　一般我們使用Netlink都要指定一個協議，我們可以使用內核為我們預留的NETLINK_GENERIC（定義在linux/netlink.h中），也可以使用我們自定義的協議，其實就是定義一個內核還沒有占用的數字。下面我們用NETLINK_TEST做為我們定義的協議寫一個例子（注意：自定義協議不一定非要添加到linux/netlink.h中，只要用戶態和內核態代碼都能找到該定義就行）。我們知道使用UDP發送報文有兩種方式：sendto和sendmsg，同樣Netlink也支持這兩種方式。下面先看使用sendmsg的方式。
　　2.用戶態數據結構
　　首先看一下幾個重要的數據結構的關系：
　　2.1structmsghdr
　　msghdr這個結構在socket變成中就會用到，並不算Netlink專有的，這里不在過多說明。只說明一下如何更好理解這個結構的功能。我們知道socket消息的發送和接收函數一般有這幾對：recv／send、readv／writev、recvfrom／sendto。當然還有recvmsg／sendmsg，前面三對函數各有各的特點功能，而recvmsg／sendmsg就是要囊括前面三對的所有功能，當然還有自己特殊的用途。msghdr的前兩個成員就是為了滿足recvfrom／sendto的功能，中間兩個成員msg_iov和msg_iovlen則是為了滿足readv／writev的功能，而最后的msg_flags則是為了滿足recv／send中flag的功能，剩下的msg_control和msg_controllen則是滿足recvmsg／sendmsg特有的功能。
　　2.2Structsockaddr_ln
　　Structsockaddr_ln為Netlink的地址，和我們通常socket編程中的sockaddr_in作用一樣，他們的結構對比如下。
　　structsockaddr_nl{}的詳細定義和描述如下：
　　struct sockaddr_nl
　　{
　　sa_family_t nl_family;/*該字段總是為AF_NETLINK*/
　　unsigned short nl_pad;/*目前未用到，填充為0*/
　　__u32 nl_pid;/*process pid*/
　　__u32 nl_groups;/*multicast groups mask*/
　　};
　　(1)nl_pid：在Netlink規范里，PID全稱是Port-ID(32bits)，其主要作用是用於唯一的標識一個基於netlink的socket通道。通常情況下nl_pid都設置為當前進程的進程號。前面我們也說過，Netlink不僅可以實現用戶-內核空間的通信還可使現實用戶空間兩個進程之間，或內核空間兩個進程之間的通信。該屬性為0時一般指內核。
　　(2)nl_groups：如果用戶空間的進程希望加入某個多播組，則必須執行bind()系統調用。該字段指明了調用者希望加入的多播組號的掩碼(注意不是組號，后面我們會詳細講解這個字段)。如果該字段為0則表示調用者不希望加入任何多播組。對於每個隸屬於Netlink協議域的協議，最多可支持32個多播組(因為nl_groups的長度為32比特)，每個多播組用一個比特來表示。
　　2.3structnlmsghdr
　　Netlink的報文由消息頭和消息體構成，structnlmsghdr即為消息頭。消息頭定義在文件里，由結構體nlmsghdr表示：
　　struct nlmsghdrhttps://www.weixiu3721.com
　　{
　　__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 PID*/
　　};
　　消息頭中各成員屬性的解釋及說明：
　　(1)nlmsg_len：整個消息的長度，按字節計算。包括了Netlink消息頭本身。
　　(2)nlmsg_type：消息的類型，即是數據還是控制消息。目前(內核版本2.6.21)Netlink僅支持四種類型的控制消息，如下：
　　a)NLMSG_NOOP-空消息，什么也不做；
　　b)NLMSG_ERROR-指明該消息中包含一個錯誤；
　　c)NLMSG_DONE-如果內核通過Netlink隊列返回了多個消息，那么隊列的最后一條消息的類型為NLMSG_DONE，其余所有消息的nlmsg_flags屬性都被設置NLM_F_MULTI位有效。
　　d)NLMSG_OVERRUN-暫時沒用到。
　　(3)nlmsg_flags：附加在消息上的額外說明信息，如上面提到的NLM_F_MULTI。
　　那消息體怎么設置呢？可以使用NLMSG_DATA，具體見后面例子。