Linux 사용자 상태 와 커 널 상태의 상호작용-netlink 편

14821 단어 linux핵심netlink
원본 링크:http://www.chinaunix.net/jh/4/822500.html
이것 은 학습 노트 로 주로 리 눅 스에 대한 것 이다. 시스템 커 널 공간 과 사용자 공간 통신 의 실현 과 분석 에서 의 소스 코드 imp 2 에 대한 분석.그 중의 소스 코드 는 아래 URL 에서 다운로드 할 수 있 습 니 다.http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-netlink/imp2.tar.gz
[size=3]참고 문서[/size]
《Linux 시스템 커 널 공간 과 사용자 공간 통신 의 실현 과 분석
http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-netlink/?ca=dwcn-newsletter-linux
《재》. Linux 아래 사용자 공간 과 커 널 공간 데이터 교환 방식
http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-kerns-usrs/
[size=3]이론 편[/size]
...에 있다 Linux 2.4 버 전 이후 버 전의 커 널 에 서 는 거의 모든 인 터 럽 트 과정 과 사용자 상태 프로 세 스 의 통신 이 사 용 됩 니 다. netlink 소켓 이 실 현 된 것,예 를 들 어 iprote 2 네트워크 관리 도구,커 널 과 의 상호작용 은 모두 netlink 를 사 용 했 습 니 다.유명한 커 널 패키지 필터 프레임 워 크 Netfilter 는 사용자 공간 과 의 통독 도 최신 버 전에 서 netlink 로 바 뀌 었 습 니 다.이것 은 Linux 사용자 상태 와 커 널 상태 교류 의 주요 방법 중 하나 가 될 것 입 니 다.그것 의 통신 근 거 는 프로 세 스 에 대응 하 는 표지 로 일반적으로 이 프로 세 스 로 정 해 져 있다. ID。통신 의 한 끝 이 중단 과정 에 있 을 때 이 표 지 는? 0。활용 단어 참조 netlink 소켓 으로 통신 을 하고 통신 하 는 쌍방 은 모두 사용자 상태 프로 세 스 이 며 사용 방법 은 메시지 큐 와 유사 합 니 다.그러나 통신 양측 은 한쪽 은 중단 과정 이 고 사용 방법 은 다르다.netlink 소켓 의 가장 큰 특징 은 인 터 럽 트 과정 에 대한 지원 입 니 다.커 널 공간 에서 사용자 공간 데 이 터 를 받 을 때 사용자 가 커 널 스 레 드 를 스스로 시작 하지 않 고 다른 소프트 인 터 럽 트 를 통 해 사용자 가 미리 지정 한 수신 함 수 를 호출 하 는 것 입 니 다.작업 원 리 는 그림 과 같다.
 
그림 에서 보 듯 이 커 널 스 레 드 가 아 닌 소프트 인 터 럽 트 를 사용 하여 데 이 터 를 받 으 면 데이터 수신 의 실시 성 을 확보 할 수 있다.
...해 야 한다 netlink 소켓 은 커 널 공간 과 사용자 공간의 통신 에 사용 할 때 사용자 공간의 생 성 방법 은 일반 소켓 과 유사 하지만 커 널 공간의 생 성 방법 은 다르다.다음 그림 은? netlink 소켓 이 이러한 통신 을 실현 할 때 만 드 는 과정:
 
사용자 공간
사용자 상태 응용 표준 socket 과 커 널 통신,표준 socket 사용 API 의 함수, socket(), bind(), sendmsg(), recvmsg() 화해시키다 close()쉽게 적용 netlink socket。
하 나 를 만 들 기 위해 netlink socket,사용 자 는 다음 과 같은 매개 변 수 를 사용 하여 호출 해 야 합 니 다. socket(): 
socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, netlink_type)

netlink 에 대응 하 는 프로 토 콜 클 러 스 터 는? AF_NETLINK,두 번 째 인 자 는 SOCK 이 어야 합 니 다.RAW 또는 SOCKDGRAM， 세 번 째 매개 변 수 는 netlink 프로 토 콜 형식 을 지정 합 니 다.사용자 정의 형식 일 수도 있 고 커 널 에서 미리 정 의 된 형식 을 사용 할 수도 있 습 니 다.
 #define NETLINK_ROUTE          0       /* Routing/device hook                          */

#define NETLINK_W1             1       /* 1-wire subsystem                             */

#define NETLINK_USERSOCK       2       /* Reserved for user mode socket protocols      */

#define NETLINK_FIREWALL       3       /* Firewalling hook                             */

#define NETLINK_INET_DIAG      4       /* INET socket monitoring                       */

#define NETLINK_NFLOG          5       /* netfilter/iptables ULOG */

#define NETLINK_XFRM           6       /* ipsec */

#define NETLINK_SELINUX        7       /* SELinux event notifications */

#define NETLINK_ISCSI          8       /* Open-iSCSI */

#define NETLINK_AUDIT          9       /* auditing */

#define NETLINK_FIB_LOOKUP     10

#define NETLINK_CONNECTOR      11

#define NETLINK_NETFILTER      12      /* netfilter subsystem */

#define NETLINK_IP6_FW         13

#define NETLINK_DNRTMSG        14      /* DECnet routing messages */

#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT 15      /* Kernel messages to userspace */
#define NETLINK_GENERIC        16
마찬가지 로 socket 함수 가 되 돌아 오 는 소켓 은 bing 등 함수 호출 에 맡 길 수 있 습 니 다.
static int skfd;

skfd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NL_IMP2);

if(skfd < 0)

{

      printf("can not create a netlink socket
");

      exit(0);

}

bid 함 수 는 프로 토 콜 주 소 를 연결 해 야 합 니 다.netlink 의 socket 주 소 는 struct 를 사용 합 니 다. sockaddr_nl 구조 설명:
struct sockaddr_nl

{

  sa_family_t    nl_family;

  unsigned short nl_pad;

  __u32          nl_pid;

  __u32          nl_groups;

};

구성원 nl_family 프로 토 콜 클 러 스 터 AF_NETLINK,멤버 nl_pad 현재 사용 하지 않 았 기 때문에 항상 설정 해 야 합 니 다. 0,멤버 nl_pid 메 시 지 를 받 거나 보 내기 위 한 프로 세 스 ID,내 핵 처리 메시지 나 멀티캐스트 메 시 지 를 원한 다 면 이 필드 를 0,그렇지 않 으 면 메 시 지 를 처리 하 는 프로 세 스 로 설정 합 니 다. ID。구성원 nl_groups 멀티캐스트 그룹,bid 지정 에 사용 함수 가 이 필드 에서 지정 한 멀티캐스트 그룹 에 호출 프로 세 스 를 추가 하 는 데 사 용 됩 니 다. 0.호출 자 는 멀티캐스트 그룹 에 가입 하지 않 는 다 는 뜻 입 니 다.
struct sockaddr_nl local;



memset(&local, 0, sizeof(local));

local.nl_family = AF_NETLINK;

local.nl_pid = getpid();		/*  pid    pid */

local.nl_groups = 0;

/*     */

if(bind(skfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) != 0)

{

printf("bind() error
");

     return -1;

}

사용자 공간 은 send 함수 클 러 스 터 를 호출 하여 커 널 에 메 시 지 를 보 낼 수 있 습 니 다.예 를 들 어 sendto,sendmsg 등 도 마찬가지 로 struct 를 사용 할 수 있 습 니 다. sockaddr_nl 은 send 함수 가 호출 될 때 까지 대 단 주 소 를 설명 합 니 다.로 컬 주소 와 조금 다른 것 은 대 단 이 커 널 이기 때문에 nlpid 멤버 는 0 으로 설정 해 야 합 니 다:
struct sockaddr_nl kpeer;

memset(&kpeer, 0, sizeof(kpeer));

kpeer.nl_family = AF_NETLINK;

kpeer.nl_pid = 0;

kpeer.nl_groups = 0;

또 다른 문 제 는 커 널 에서 보 낸 메시지 의 구성 입 니 다.우리 가 IP 네트워크 패 킷 을 보 내 면 패 킷 구 조 는'IP 패 킷+IP 데이터'입 니 다.마찬가지 로 netlink 의 메시지 구 조 는'netlink 메시지 헤드+데이터'입 니 다.Netlink 메시지 헤더 사용 struct nlmsghdr 구조 설명:
struct nlmsghdr

{

  __u32 nlmsg_len;   /* Length of message */

  __u16 nlmsg_type;  /* Message type*/

  __u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */

  __u32 nlmsg_seq;   /* Sequence number */

  __u32 nlmsg_pid;   /* Sending process PID */

};

필드 nlmsg_len 메시지 의 총 길 이 를 지정 합 니 다.이 구조의 데이터 부분 길이 와 이 구조의 크기 를 포함 합 니 다.일반적으로 저 희 는 netlink 가 제공 하 는 매크로 NLMSG 를 사용 합 니 다.LENGTH 가 이 길 이 를 계산 하려 면 NLMSGLENGTH 매크로 는 보 낼 데이터 의 길 이 를 제공 합 니 다.정렬 된 총 길 이 를 자동 으로 계산 합 니 다.
/*            */

#define NLMSG_LENGTH(len) ((len)+NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr)))

/*    */

#define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) )

뒤에 넷 링크 가 제공 하 는 매크로 도 많이 볼 수 있 습 니 다.이 매크로 들 은 넷 링크 매크로 를 작성 하 는 데 큰 편 의 를 제공 할 수 있 습 니 다.
필드 nlmsg_type 내부 정의 메시지 의 형식 을 사용 합 니 다. netlink 커 널 구현 은 투명 하기 때문에 대부분의 경우 필드 nlmsg_flags 메시지 플래그 설정 에 사용 합 니 다.일반적인 사용 에 대해 서 는 사용자 가 설정 합 니 다. 0 일부 고급 응용 프로그램(예 를 들 어 netfilter 경로 daemon 필드 nlmsg_seq 화해시키다 nlmsg_pid 추적 메 시 지 를 사용 할 때 전 자 는 순서 번 호 를 표시 하고 후 자 는 메시지 원본 프로 세 스 입 니 다. ID。 
struct msg_to_kernel		/*       ，     netlink     */

{

  struct nlmsghdr hdr;

};



struct msg_to_kernel message;

memset(&message, 0, sizeof(message));

message.hdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(0);		/*    ，              ，       ，  ，     0*/

message.hdr.nlmsg_flags = 0;

message.hdr.nlmsg_type = IMP2_U_PID;			/*         */

message.hdr.nlmsg_pid = local.nl_pid;		/*      PID*/



  ，      、          ，                  ：

  /*      */

  sendto(skfd, &message, message.hdr.nlmsg_len, 0,

	 (struct sockaddr*)&kpeer, sizeof(kpeer));

요청 을 보 낸 후에 recv 함수 클 러 스 터 를 호출 하여 커 널 에서 데 이 터 를 받 을 수 있 습 니 다.받 은 데 이 터 는 netlink 메시지 의 첫 번 째 부분 과 전송 할 데 이 터 를 포함 합 니 다.
/*        netlink            */

struct u_packet_info

{

  struct nlmsghdr hdr;

  struct packet_info icmp_info;

};

struct u_packet_info info;

while(1)

{

    kpeerlen = sizeof(struct sockaddr_nl);

      /*           */

      rcvlen = recvfrom(skfd, &info, sizeof(struct u_packet_info),

			0, (struct sockaddr*)&kpeer, &kpeerlen);

		  

       /*        */

……

}

마찬가지 로 함수 close 는 열 린 netlink 를 닫 는 데 사 용 됩 니 다. socket。프로그램 에 서 는 커 널 을 처리 하 는 메 시 지 를 반복 적 으로 받 기 때문에 사용자 의 닫 힌 신 호 를 받 아야 종료 할 수 있 기 때문에 소켓 을 닫 는 작업 은 사용자 정의 신호 함수 sig 에 놓 여 있 습 니 다.int 에서 처리:
/*      ，            */

static void sig_int(int signo)

{

  struct sockaddr_nl kpeer;

  struct msg_to_kernel message;



  memset(&kpeer, 0, sizeof(kpeer));

  kpeer.nl_family = AF_NETLINK;

  kpeer.nl_pid    = 0;

  kpeer.nl_groups = 0;



  memset(&message, 0, sizeof(message));

  message.hdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(0);

  message.hdr.nlmsg_flags = 0;

  message.hdr.nlmsg_type = IMP2_CLOSE;

  message.hdr.nlmsg_pid = getpid();



  /*         ， nlmsg_type  ，       */

  sendto(skfd, &message, message.hdr.nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)(&kpeer),         sizeof(kpeer));



  close(skfd);

  exit(0);

}

이 끝 함수 에서 커 널 에"나 는 이미 종료 되 었 습 니 다"라 는 메 시 지 를 보 낸 다음 close 함수 로 netlink 소켓 을 닫 고 프로그램 을 종료 합 니 다.
[size=3]커 널 공간[/size]
응용 프로그램 커 널,커 널 공간 도 주로 세 가지 작업 을 완성 합 니 다.
netlink 소켓 만 들 기
사용자 공간 에서 보 낸 데 이 터 를 수신 처리 합 니 다.
사용자 공간 으로 데이터 전송
API 함수 netlinkkernel_create 는 netlink 를 만 드 는 데 사 용 됩 니 다. socket,동시에 리 셋 함 수 를 등록 하여 사용자 공간 을 처리 하 는 메 시 지 를 받 습 니 다:
struct sock *

netlink_kernel_create(int unit, void (*input)(struct sock *sk, int len));

매개 변수 유닛 은 NL 와 같은 netlink 프로 토 콜 형식 을 표시 합 니 다.IMP 2,매개 변수 input 는 커 널 모듈 에 정 의 된 netlink 메시지 처리 함수 입 니 다.메시지 가 이 netlink 에 도착 하면 socket 시 이 input 함수 포인터 가 인 용 됩 니 다.함수 포인터 input 의 매개 변수 sk 는 사실상 함수 netlinkkernel_create 되 돌아 오 는 struct sock 포인터,sock 은 실제 socket 의 커 널 로 데이터 구 조 를 표시 합 니 다.사용자 상태 응용 으로 만 든 socket 은 커 널 에 도 struct 가 있 습 니 다. sock 구조 로 표시 합 니 다.
static int __init init(void)

{

  rwlock_init(&user_proc.lock);		/*      */



  /*    netlink socket，         ML_IMP2，kernel_reveive       */

  nlfd = netlink_kernel_create(NL_IMP2, kernel_receive);

  if(!nlfd)		/*    */

  {

      printk("can not create a netlink socket
");

      return -1;

  }



  /*    Netfilter   */

  return nf_register_hook(&imp2_ops);

}





module_init(init);

사용자 공간 에서 커 널 에 두 가지 사용자 정의 메시지 형식 을 보 냈 습 니 다:IMP 2U_PID 와 IMP 2CLOSE,각각 요청 과 닫 기 입 니 다.kernel_receive 함수 가 각각 이 두 가지 메 시 지 를 처리 합 니 다:
 DECLARE_MUTEX(receive_sem);							/*      */

static void kernel_receive(struct sock *sk, int len)

{

	do

    {

		struct sk_buff *skb;

		if(down_trylock(&receive_sem))				/*     */

			return;

		/*        skb，                 */

		while((skb = skb_dequeue(&sk->receive_queue)) != NULL)

        {

			{

				struct nlmsghdr *nlh = NULL;

				

				if(skb->len >= sizeof(struct nlmsghdr))

				{

					/*      nlmsghdr      */

					nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;

					if((nlh->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr))

						&& (skb->len >= nlh->nlmsg_len))

					{

						/*           ，             ，      PID   ，      “       ”*/

						if(nlh->nlmsg_type == IMP2_U_PID)		/*  */

						{

							write_lock_bh(&user_proc.pid);

							user_proc.pid = nlh->nlmsg_pid;

							write_unlock_bh(&user_proc.pid);

						}

						else if(nlh->nlmsg_type == IMP2_CLOSE)	/*      */

						{

							write_lock_bh(&user_proc.pid);

							if(nlh->nlmsg_pid == user_proc.pid)

								user_proc.pid = 0;

							write_unlock_bh(&user_proc.pid);

						}

					}

				}

			}

			kfree_skb(skb);

        }

		up(&receive_sem);				/*     */

    }while(nlfd && nlfd->receive_queue.qlen);

}

커 널 모듈 은 여러 프로 세 스 에 의 해 동시에 호출 될 수 있 기 때문에 함수 에 서 는 신 호 량 과 자 물 쇠 를 사용 하여 서로 배척 합 니 다.skb = skb_dequeue(&sk->receive_queue)소켓 가 져 오기 sk 수신 대기 열 에 있 는 메 시 지 를 struct 로 되 돌려 줍 니 다. sk_buff 의 구조,skb->data 는 실제 netlink 메 시 지 를 가리 키 고 있 습 니 다.
프로그램 에 Netfilter 갈고리 가 등록 되 어 있 습 니 다.갈고리 함 수 는 get 입 니 다.icmp,ICMP 패 킷 을 캡 처 한 후 send 호출to_user 함수 가 데 이 터 를 응용 공간 프로 세 스에 보 냅 니 다.보 낸 데 이 터 는 info 구조 변수 입 니 다.struct 입 니 다. packet_info 구조,이 구 조 는 원본/목적 주소 두 구성원 을 포함 합 니 다.Netfilter Hook 은 본문 묘사 의 중점 이 아니 라 생략 합 니 다.
send_to_user 사용자 공간 프로 세 스에 데 이 터 를 보 내 는 데 사용 되 며,호출 된 것 은 API 함수 netlink 입 니 다.unicast 완 성 된:
int netlink_unicast(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 pid, int nonblock);

매개 변수 sk 는 함수 netlinkkernel_create()가 되 돌아 오 는 소켓,인자 skb 는 보 낼 메 시 지 를 저장 합 니 다.data 필드 는 보 낼 netlink 메시지 구 조 를 가리 키 고 skb 제어 블록 은 메시지 의 주소 정 보 를 저장 합 니 다. 매개 변수 pid 는 메 시 지 를 받 는 프로 세 스 의 pid 입 니 다.매개 변수 nonblock 은 이 함수 가 차단 되 지 않 았 는 지 여 부 를 표시 합 니 다.1 이면 이 함 수 는 캐 시 를 받 지 않 았 을 때 바로 돌아 갑 니 다.0 이면 이 함 수 는 캐 시 를 받 지 않 았 을 때 잠 을 잘 수 있 습 니 다.
사용자 공간 프로 세 스에 보 낸 메 시 지 는 세 부분 을 포함 합 니 다:netlink 메시지 헤드,데이터 부분 과 제어 필드,제어 필드 는 커 널 이 netlink 메 시 지 를 보 낼 때 설정 해 야 할 목표 주소 와 소스 주 소 를 포함 하고 커 널 의 메 시 지 는 skbuff 가 관리 하 는, linux/netlink.h 에서 NETLINK 정의CB 매크로 에서 메시지 의 주소 설정 을 편리 하 게 합 니 다:
#define NETLINK_CB(skb)         (*(struct netlink_skb_parms*)&((skb)->cb))

예 를 들 면:
NETLINK_CB(skb).pid = 0;

NETLINK_CB(skb).dst_pid = 0;

NETLINK_CB(skb).dst_group = 1;

필드 pid 는 메시지 발송 자 프로 세 스 ID,즉 원본 주 소 를 표시 합 니 다.커 널 에 대해 서 는... 0， dst_pid 메시지 수신 자 프로 세 스 표시 ID,즉 대상 주소 입 니 다.대상 이 그룹 이나 커 널 이면 설정 합 니 다. 그렇지 않 으 면 dst_group 대상 그룹 주 소 를 표시 합 니 다.대상 이 특정한 프로 세 스 나 커 널 이 라면 dstgroup 으로 설정 해 야 합 니 다. 0。 
 static int send_to_user(struct packet_info *info)

{

int ret;

int size;

unsigned char *old_tail;

struct sk_buff *skb;

struct nlmsghdr *nlh;

struct packet_info *packet;



/*      ：          */

size = NLMSG_SPACE(sizeof(*info));



/*           */

skb = alloc_skb(size, GFP_ATOMIC);

old_tail = skb->tail;



/*     netlink    */

nlh = NLMSG_PUT(skb, 0, 0, IMP2_K_MSG, size-sizeof(*nlh));

/*      ，     */

packet = NLMSG_DATA(nlh);

/*      */

memset(packet, 0, sizeof(struct packet_info));

/*        */

packet->src = info->src;

packet->dest = info->dest;



/*  skb      ， netlink     */

nlh->nlmsg_len = skb->tail - old_tail;

/*      */

NETLINK_CB(skb).dst_groups = 0;



/*    */

read_lock_bh(&user_proc.lock);

ret = netlink_unicast(nlfd, skb, user_proc.pid, MSG_DONTWAIT);

read_unlock_bh(&user_proc.lock);





}

함수 초기 화 netlink 메시지 의 첫 번 째 부분 은 데이터 영역 을 채 우 고 제어 필드 를 설정 합 니 다.이 세 부분 은 모두 skb 에 포함 되 어 있 습 니 다.buff 중,마지막 으로 netlink 호출유 니 캐 스 트 함수 가 데 이 터 를 보 냅 니 다.
함수 에서 netlink 의 중요 한 매크로 NLMSG 를 호출 하 였 습 니 다.PUT,netlink 초기 화 에 사용 메시지 첫 부분:
#define NLMSG_PUT(skb, pid, seq, type, len) \

({ if (skb_tailroom(skb) < (int)NLMSG_SPACE(len)) goto nlmsg_failure; \

   __nlmsg_put(skb, pid, seq, type, len); })

static __inline__ struct nlmsghdr *

__nlmsg_put(struct sk_buff *skb, u32 pid, u32 seq, int type, int len)

{

	struct nlmsghdr *nlh;

	int size = NLMSG_LENGTH(len);



	nlh = (struct nlmsghdr*)skb_put(skb, NLMSG_ALIGN(size));

	nlh->nlmsg_type = type;

	nlh->nlmsg_len = size;

	nlh->nlmsg_flags = 0;

	nlh->nlmsg_pid = pid;

	nlh->nlmsg_seq = seq;

	return nlh;

}

이 매크로 의 주의해 야 할 부분 은 nlmsg 를 호출 한 것 입 니 다.failure 탭 이 므 로 프로그램 에서 이 탭 을 정의 해 야 합 니 다.
커 널 에 함수 sock 사용release 함수 netlink 방출kernel_create()가 만 든 netlink socket： 
void sock_release(struct socket * sock);

프로그램 이 종료 모듈 에서 netlink 를 방출 합 니 다. sockets 와 netfilter hook： 
static void __exit fini(void)

{

  if(nlfd)

    {

      sock_release(nlfd->socket);		/*  netlink socket*/

    }

  nf_unregister_hook(&imp2_ops);		/*  netfilter   */

}
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