【问题标题】:How to use netlink socket to communicate with a kernel module?如何使用 netlink 套接字与内核模块通信?
【发布时间】:2011-03-18 23:34:36
【问题描述】:

我正在尝试编写一个使用 netlink 与用户进程通信的 linux 内核模块。我正在使用 netlink,因为我想与之通信的用户程序仅使用套接字进行通信,我无法将其更改为添加 ioctl() 或任何内容。

问题是我不知道该怎么做。我已经用谷歌搜索了,但我发现的所有示例都是旧的,例如 this one,并且对于当前的内核版本不再有效。我还查看了this SO question,但这里的示例使用libnl 进行套接字操作,但我想坚持使用标准套接字函数(由sys/socket.h 定义)。所以有人可以在这里指导我一些教程或指南或一些可以帮助我理解netlink接口和用法的东西。我非常感谢一个工作示例,没有什么花哨的,只是一个非常基本的示例,说明如何建立从用户程序中的套接字到内核中的套接字的连接,然后将数据从用户进程发送到内核并从内核接收。

另外请不要告诉我看内核代码。我已经在做,但这需要很多时间,而且我已经没有多少时间了。

更新: 经过大量试验和错误后,我有以下代码将消息从用户程序发送到内核,但从内核到用户程序的消息,即使用netlink_unicast() 不起作用。它不仅不工作,呼叫挂起系统,然后我必须重新启动机器。有人可以看看并告诉我我做错了什么。 netlink_unicast() 调用在以下代码中进行了注释。内核到用户程序的消息应该取消注释。

用户程序

#include <sys/socket.h>  
#include <linux/netlink.h>  
#define NETLINK_USER 31  
#define MAX_PAYLOAD 1024  /* maximum payload size*/  

struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;  
struct nlmsghdr *nlh = NULL;  
struct iovec iov;  
int sock_fd;  
struct msghdr msg;  

void main()  
{  
    sock_fd=socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);  
    if(sock_fd<0)  
        return -1;  

    memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));  
    src_addr.nl_family = AF_NETLINK;  
    src_addr.nl_pid = getpid();  /* self pid */  
    /* interested in group 1<<0 */  
    bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&src_addr,  
      sizeof(src_addr));  

    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));  
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));  
    dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;  
    dest_addr.nl_pid = 0;   /* For Linux Kernel */  
    dest_addr.nl_groups = 0; /* unicast */  

    nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(  
                          NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));  
    memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));  
    nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);  
    nlh->nlmsg_pid = getpid();  
    nlh->nlmsg_flags = 0;  

    strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "Hello");  

    iov.iov_base = (void *)nlh;  
    iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;  
    msg.msg_name = (void *)&dest_addr;  
    msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);  
    msg.msg_iov = &iov;  
    msg.msg_iovlen = 1;  

    printf("Sending message to kernel\n");  
    sendmsg(sock_fd,&msg,0);  
    printf("Waiting for message from kernel\n");  

    /* Read message from kernel */  
    recvmsg(sock_fd, &msg, 0);  
    printf(" Received message payload: %s\n",  
        NLMSG_DATA(nlh));  
    close(sock_fd);  
}

内核代码

#include <linux/module.h>  
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/init.h>  
#include <net/sock.h>  
#include <linux/socket.h>  
#include <linux/net.h>  
#include <asm/types.h>  
#include <linux/netlink.h>  
#include <linux/skbuff.h>  

#define NETLINK_USER 31  

struct sock *nl_sk = NULL;  

static void hello_nl_recv_msg(struct sk_buff *skb)  
{
        struct nlmsghdr *nlh;  
        int pid;  

        printk(KERN_INFO "Entering: %s\n", __FUNCTION__);  

        nlh=(struct nlmsghdr*)skb->data;  
        printk(KERN_INFO "Netlink received msg payload: %s\n",
            (char*)NLMSG_DATA(nlh));  
        pid = nlh->nlmsg_pid; /*pid of sending process */  
        NETLINK_CB(skb).dst_group = 0; /* not in mcast group */  
        NETLINK_CB(skb).pid = 0;      /* from kernel */  
        //NETLINK_CB(skb).groups = 0; /* not in mcast group */  
        //NETLINK_CB(skb).dst_pid = pid;  
        printk("About to send msg bak:\n");  
        //netlink_unicast(nl_sk,skb,pid,MSG_DONTWAIT);  

}  

static int __init hello_init(void)  
{  

        printk("Entering: %s\n",__FUNCTION__);  
        nl_sk=netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, 0,
               hello_nl_recv_msg, NULL, THIS_MODULE);  
        if(!nl_sk)  
        {   
                printk(KERN_ALERT "Error creating socket.\n");  
                return -10;  
        }  
        return 0;  
}  

static void __exit hello_exit(void)  
{

        printk(KERN_INFO "exiting hello module\n");  
        netlink_kernel_release(nl_sk);  
}  

module_init(hello_init);  
module_exit(hello_exit);  

【问题讨论】:

  • 怎么可能有 10 个人将其标记为收藏,但只有 5 人点赞?
  • 我知道有点晚了,但这本书(第 2 章)也讨论了 netlink 套接字:amazon.com/Linux-Kernel-Networking-Implementation-Experts/dp/…
  • 只要在全局范围内定义了struct msghdr msg;,这个用户程序就可以工作。但是,一旦我将其移入函数(例如 main),用户程序就不再工作,sendmsg 返回 -1 并且 errno 设置为错误 105(ENOBUFS - 没有可用的缓冲区空间)。谁能解释为什么msghdr 仅在此程序中全局定义时才有效?

标签: c linux-kernel linux-device-driver netlink


【解决方案1】:

阅读内核源代码后,我终于设法让 netlink 套接字为我工作。下面是一个 Netlink 套接字基础的示例,即打开一个 netlink 套接字,读取和写入它并关闭它。

内核模块

#include <linux/module.h>
#include <net/sock.h> 
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/skbuff.h> 
#define NETLINK_USER 31

struct sock *nl_sk = NULL;

static void hello_nl_recv_msg(struct sk_buff *skb)
{

    struct nlmsghdr *nlh;
    int pid;
    struct sk_buff *skb_out;
    int msg_size;
    char *msg = "Hello from kernel";
    int res;

    printk(KERN_INFO "Entering: %s\n", __FUNCTION__);

    msg_size = strlen(msg);

    nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;
    printk(KERN_INFO "Netlink received msg payload:%s\n", (char *)nlmsg_data(nlh));
    pid = nlh->nlmsg_pid; /*pid of sending process */

    skb_out = nlmsg_new(msg_size, 0);
    if (!skb_out) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate new skb\n");
        return;
    }

    nlh = nlmsg_put(skb_out, 0, 0, NLMSG_DONE, msg_size, 0);
    NETLINK_CB(skb_out).dst_group = 0; /* not in mcast group */
    strncpy(nlmsg_data(nlh), msg, msg_size);

    res = nlmsg_unicast(nl_sk, skb_out, pid);
    if (res < 0)
        printk(KERN_INFO "Error while sending bak to user\n");
}

static int __init hello_init(void)
{

    printk("Entering: %s\n", __FUNCTION__);
    //nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, 0, hello_nl_recv_msg, NULL, THIS_MODULE);
    struct netlink_kernel_cfg cfg = {
        .input = hello_nl_recv_msg,
    };

    nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, &cfg);
    if (!nl_sk) {
        printk(KERN_ALERT "Error creating socket.\n");
        return -10;
    }

    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{

    printk(KERN_INFO "exiting hello module\n");
    netlink_kernel_release(nl_sk);
}

module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

用户程序

#include <linux/netlink.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

#define NETLINK_USER 31

#define MAX_PAYLOAD 1024 /* maximum payload size*/
struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
int sock_fd;
struct msghdr msg;

int main()
{
    sock_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USER);
    if (sock_fd < 0)
        return -1;

    memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
    src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    src_addr.nl_pid = getpid(); /* self pid */

    bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&src_addr, sizeof(src_addr));

    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
    dest_addr.nl_pid = 0; /* For Linux Kernel */
    dest_addr.nl_groups = 0; /* unicast */

    nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    memset(nlh, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
    nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
    nlh->nlmsg_pid = getpid();
    nlh->nlmsg_flags = 0;

    strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "Hello");

    iov.iov_base = (void *)nlh;
    iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;
    msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
    msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
    msg.msg_iov = &iov;
    msg.msg_iovlen = 1;

    printf("Sending message to kernel\n");
    sendmsg(sock_fd, &msg, 0);
    printf("Waiting for message from kernel\n");

    /* Read message from kernel */
    recvmsg(sock_fd, &msg, 0);
    printf("Received message payload: %s\n", NLMSG_DATA(nlh));
    close(sock_fd);
}

关于魔法常数NETLINK_USER 31的相关线程:Can I have more than 32 netlink sockets in kernelspace?

【讨论】:

  • 您能否也请添加自述文件供其他人构建/运行和测试并提供反馈。谢谢
  • 如何编译?他们在编译时有什么选择吗?
  • 是否可以使用 user=31 运行?我只能让它与 user = 0 一起使用。
  • 是否可以在函数中而不是内核初始化中执行 netlink_kernel_create()?那么,该函数是用户空间消息的侦听器吗?
  • 你不打算释放 skb_out 吗?我刚刚写了一个类似的内核模块,当我尝试 kfree_skb(skb_out) 时它崩溃了。
【解决方案2】:

以防万一有人不知道如何编译,谷歌“如何编译和加载内核模块”

参考http://www.cyberciti.biz/tips/compiling-linux-kernel-module.html

获取您将针对http://kernel.org编译模块的内核源代码

或者,如果您正在运行预期的内核,则只需更新您的标头

# apt-get install kernel-headers-$(uname -r)

例如创建一个makefile

obj-m = hello.o
KVERSION = $(shell uname -r)
all:
        make -C /lib/modules/$(KVERSION)/build M=$(PWD) modules
clean:
        make -C /lib/modules/$(KVERSION)/build M=$(PWD) clean

制作,你会得到一堆文件。 *.ko 是您将加载到内核中的那个,运行

# insmod hello.ko

如果你使用 lsmod 检查所有加载的模块,你会找到你的,很可能你会看到:

hello       12575  0 

在我们的例子中,编译并运行用户代码:

gcc hello.c -o hello.o
./hello.o

如果一切正常,您将使用 binW 的代码收到以下消息:

Sending message to kernel
Waiting for message from kernel
 Received message payload: Hello from kernel

最后,使用以下命令移除模块:

# rmmod hello

【讨论】:

    【解决方案3】:

    它适用于内核 3.2。对于内核 3.6 及更高版本,它需要对 netlink_kernel_create 函数进行一些更改。

     struct netlink_kernel_cfg cfg = {
                    .groups = 1,
                    .input = hello_nl_recv_msg,
            };
            printk("Entering: %s\n", __FUNCTION__);
            nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_USER, &cfg);
    

    【讨论】:

      【解决方案4】:

      您需要在客户端代码中包含以下头文件:

      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      #include <stdlib.h>
      

      【讨论】:

      • 我已经修好了。考虑删除这个答案。
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