linux中用户程序同内核通信的示例分析
这篇文章主要介绍了linux中用户程序同内核通信的示例分析，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。
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简介
linux下用户程序同内核通信的方式一般有ioctl， proc文件系统，剩下一个就是Netlink套接字了。 这里先介绍下netlink。
Netlink 是一种在内核与用户应用间进行双向数据传输的非常好的方式，用户态应用使用标准的 socket API 就可以使用 netlink 提供的强大功能，内核态需要使用专门的内核 API 来使用 netlink。
Netlink 相对于系统调用，ioctl 以及 /proc 文件系统而言具有以下优点：
1，为了使用 netlink，用户仅需要在 include/linux/netlink.h 中增加一个新类型的 netlink 协议定义即可， 如 #define NETLINK_MYTEST 17 然后，内核和用户态应用就可以立即通过 socket API 使用该 netlink 协议类型进行数据交换。但系统调用需要增加新的系统调用，ioctl 则需要增加设备或文件， 那需要不少代码，proc 文件系统则需要在 /proc 下添加新的文件或目录，那将使本来就混乱的 /proc 更加混乱。
2. netlink是一种异步通信机制，在内核与用户态应用之间传递的消息保存在socket缓存队列中，发送消息只是把消息保存在接收者的socket的接 收队列，而不需要等待接收者收到消息，但系统调用与 ioctl 则是同步通信机制，如果传递的数据太长，将影响调度粒度。
3．使用 netlink 的内核部分可以采用模块的方式实现，使用 netlink 的应用部分和内核部分没有编译时依赖，但系统调用就有依赖，而且新的系统调用的实现必须静态地连接到内核中，它无法在模块中实现，使用新系统调用的应用在编译时需要依赖内核。
4．netlink 支持多播，内核模块或应用可以把消息多播给一个netlink组，属于该neilink 组的任何内核模块或应用都能接收到该消息，内核事件向用户态的通知机制就使用了这一特性，任何对内核事件感兴趣的应用都能收到该子系统发送的内核事件，在 后面的文章中将介绍这一机制的使用。
5．内核可以使用 netlink 首先发起会话，但系统调用和 ioctl 只能由用户应用发起调用。
6．netlink 使用标准的 socket API，因此很容易使用，但系统调用和 ioctl则需要专门的培训才能使用。
下面这两部分代码主要的目的是用netlink机制实现用户程序和内核的通信。 具体就是用户程序执行./netlink -S [我是参数] 或./netlink -G 时，内核会返回"S know you!" 和“I know you!” 这两种字符串， 然后输出。 内核和用户程序均加有打印。
内核模块
1. Makefile依赖的编译规则 ruler.dir
PWD := $(shell pwd) all: modules romfs modules: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules @echo $(OBJ) modules_install: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules_install romfs: cp -rf *.ko $(MODULES_BUILD_DIR) clean: rm *.o *.ko *.mod.* Module.* modules.* rm -rf $(MODULES_BUILD_DIR) obj-m := $(MOD_NAME).o
2.Makefile
KERNEL_MODULES := netlink export MODULES_ROOT_DIR := $(shell pwd) export MODULES_BUILD_DIR := $(MODULES_ROOT_DIR)/build export KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build #这行是为了取出系统下内核的目录(ubuntu) all: init modules romfs init: mkdir -p $(MODULES_BUILD_DIR) modules:$(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES)) $(patsubst %, _dir_%, $(KERNEL_MODULES)): @echo @echo Building $(patsubst _dir_%, %, $@) $(MAKE) -C $(patsubst _dir_%, %, $@) all romfs: $(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES)) $(patsubst %, _romfs_%, $(KERNEL_MODULES)): $(MAKE) -C $(patsubst _romfs_%, %, $@) romfs clean: $(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES)) $(RM) $(BUILD_DIR) $(patsubst %, _clean_%, $(KERNEL_MODULES)): @echo @echo Cleaning $(patsubst _dir_%, %, $@) $(MAKE) -C $(patsubst _clean_%, %, $@) clean .PHONY:
3. ./netlink/netlink.c
/* * netlink.c * * Created on: 2014 * Author: cr */ #include#include #include #include #include #include #include #include #include #include "usrlink.h" MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); MODULE_AUTHOR("MDAXIA"); struct sock *netlink_fd; static void netlink_to_user(int dest, void *buf, int len) { struct nlmsghdr *nl; struct sk_buff *skb; int size; size = NLMSG_SPACE(len); skb = alloc_skb(size, GFP_ATOMIC); if(!skb || !buf) { printk(KERN_ALERT "netlink_to_user skb of buf null!\n"); return; } nl = nlmsg_put(skb, 0, 0, 0, NLMSG_SPACE(len) - sizeof(struct nlmsghdr), 0); NETLINK_CB(skb).pid = 0; NETLINK_CB(skb).dst_group = 0; memcpy(NLMSG_DATA(nl), buf, len); nl->nlmsg_len = (len > 2) ? (len - 2):len; netlink_unicast(netlink_fd, skb, dest, MSG_DONTWAIT); printk(KERN_ALERT "K send packet success\n"); } static int process_hello_get(int dest, void *buf, int len) { printk(KERN_ALERT "In process_hello get!\n"); memcpy(buf, "I known you !", 13); netlink_to_user(dest, buf, 13); return NET_OK; } static int process_hello_set(int dest, void *buf, int len) { printk(KERN_ALERT "In process_hello set! %s\n", (char *)buf); memcpy(buf, "S known you !", 13); netlink_to_user(dest, buf, 13); return NET_OK; } static void netlink_process_packet(struct nlmsghdr *nl) { int ret; switch(nl->nlmsg_type) { case HELLO_GET: ret = process_hello_get(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len); break; case HELLO_SET: ret = process_hello_set(nl->nlmsg_pid, NLMSG_DATA(nl), nl->nlmsg_len); break; default:break; } } static void netlink_recv_packet(struct sk_buff *__skb) { struct sk_buff *skb; struct nlmsghdr *nlhdr; skb = skb_get(__skb); if(skb->len >= sizeof(struct nlmsghdr)) { nlhdr = (struct nlmsghdr *)skb->data; if(nlhdr->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) && __skb->len >= nlhdr->nlmsg_len) { netlink_process_packet(nlhdr); } } else printk(KERN_ALERT "Kernel receive msg length error!\n"); } static int __init netlink_init(void) { netlink_fd = netlink_kernel_create(&init_net, USER_NETLINK_CMD, 0, netlink_recv_packet, NULL, THIS_MODULE); if(NULL == netlink_fd) { printk(KERN_ALERT "Init netlink!\n"); return -1; } printk(KERN_ALERT "Init netlink success!\n"); return 0; } static void __exit netlink_exit(void) { netlink_kernel_release(netlink_fd); printk(KERN_ALERT "Exit netlink!\n"); } module_init(netlink_init); module_exit(netlink_exit);
4. ./netlink/usrlink.h
/*
* usrlink.h
*
* Created on: 2014骞?鏈?7鏃? * Author: cr
*/
#ifndef USRLINK_H_
#define USRLINK_H_
#define USER_NETLINK_CMD 25
#define MAXMSGLEN 1024
typedef enum error_e {
NET_ERROR,
NET_OK,
NET_PARAM,
NET_MEM,
NET_SOCK,
} netlink_err;
typedef enum module_e {
HELLO_CMD = 1,
} netlink_module;
typedef enum type_e {
HELLO_SET,
HELLO_GET,
} netlink_type;
#endif /* USRLINK_H_ */5. ./netlink/Makefile
MOD_NAME := netlink $(MOD_NAME)-objs : netlink.o -include $(MODULES_ROOT_DIR)/rules.dir .PHONY:
6. 编译方式。
其中Makefile、rulers.dir 在Knetlink/下， netlink.c 、netlink.h 、Makefile在Knetlink/netlink/目录下。 编译时在Knetlink目录下执行Make即可
用户程序
用户程序的Makefile 这里就不放出了。 我是直接在eclipse下建的工程 自动编译的、...
1. netlink.c
/* * usrlink.c * * Created on: 2014骞?鏈?7鏃? * Author: cr */ #include#include #include #include #include "usrlink.h" int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol) { netlink_s->sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, protocol); if(netlink_s->sock < 0) return NET_SOCK; memset(&netlink_s->src, 0 ,sizeof(netlink_s->src)); netlink_s->src.nl_family = AF_NETLINK; netlink_s->src.nl_pid = module; netlink_s->src.nl_groups = 0; if(bind(netlink_s->sock, (struct sockaddr *)&netlink_s->src, sizeof(netlink_s->src)) < 0) return NET_SOCK; netlink_s->dest.nl_family = AF_NETLINK; netlink_s->dest.nl_pid = 0; netlink_s->dest.nl_groups = 0; return NET_OK; } int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen) { struct msghdr msg; struct nlmsghdr *nlhdr = NULL; struct iovec iov; int ret; nlhdr = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAXMSGLEN)); if(NULL == nlhdr) return NET_MEM; memcpy(NLMSG_DATA(nlhdr), sbuf, slen); nlhdr->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(slen); nlhdr->nlmsg_pid = netlink_s->src.nl_pid; nlhdr->nlmsg_type = type; nlhdr->nlmsg_flags = 0; iov.iov_base = (void *)nlhdr; iov.iov_len = nlhdr->nlmsg_len; msg.msg_name = (void *)&(netlink_s->dest); msg.msg_namelen = sizeof(netlink_s->dest); msg.msg_iov = &iov; msg.msg_iovlen = 1; ret = sendmsg(netlink_s->sock, &msg, 0); if(ret < 0) { printf("Send fail\n"); goto error; } ret = recvmsg(netlink_s->sock, &msg, 0); if(ret < 0) { printf("Read fail\n"); goto error; } memcpy(rbuf, NLMSG_DATA(nlhdr), nlhdr->nlmsg_len); *rlen = nlhdr->nlmsg_len; return NET_OK; error: free(nlhdr); return NET_SOCK; } int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s) { close(netlink_s->sock); memset(netlink_s, 0, sizeof(netlink_sock)); return NET_OK; }
2. netlink.h
/* * usrlink.h * * Created on: 2014 * Author: cr */ #include#include #include #include #include #ifndef USRLINK_H_ #define USRLINK_H_ #define USER_NETLINK_CMD 25 #define MAXMSGLEN 1024 typedef enum error_e { NET_ERROR, NET_OK, NET_PARAM, NET_MEM, NET_SOCK, } netlink_err; typedef enum module_e { HELLO_CMD = 1, } netlink_module; typedef enum type_e { HELLO_SET, HELLO_GET, } netlink_type; typedef struct usr_sock_h { int sock; struct sockaddr_nl dest; struct sockaddr_nl src; } netlink_sock; int netlink_sock_init(netlink_sock *netlink_s, int module, int protocol); int netlink_sock_deinit(netlink_sock *netlink_s); int netlink_send(netlink_sock *netlink_s, int type, char *sbuf, int slen, char *rbuf, int *rlen); #endif /* USRLINK_H_ */
3. main.c
/* * main.c * * Created on: 2014骞?鏈?7鏃? * Author: cr */ #include#include #include #include "usrlink.h" int parse_ret(int ret) { switch(ret) { case NET_OK: return ret; case NET_ERROR: printf("error\n"); goto exit_p; case NET_MEM: printf("Memory error\n"); goto exit_p; case NET_PARAM: printf("Param error\n"); goto exit_p; case NET_SOCK: printf("Socket error\n"); goto exit_p; default:break; } exit_p: return NET_ERROR; } void usage(void) { printf("Usage: Netlink -G \n\t-S \n"); } int main(int argc, char **argv) { netlink_sock h_sock; char rbuf[1024]; char sbuf[1024]; int ret, type, slen = 0, rlen = 0; ret = netlink_sock_init(&h_sock, HELLO_CMD, USER_NETLINK_CMD); if(NET_OK != parse_ret(ret)) goto exit_p; bzero(&rbuf, sizeof(rbuf)); bzero(&sbuf, sizeof(sbuf)); if(argc < 3) { usage(); goto exit_p; } if(!strncmp("-G", argv[1], 2)) type = HELLO_GET; else if(!strncmp("-S", argv[1], 2)) type = HELLO_SET; strcpy(sbuf, argv[2]); slen = strlen(sbuf); ret = netlink_send(&h_sock, type, sbuf, slen, rbuf, &rlen); if(NET_OK != parse_ret(ret)) goto exit_p; if(rlen > 0) { rbuf[rlen] = '\0'; printf("K rep [len = %d]:%s\n", rlen, rbuf); } printf("K[len = %d]: %s\n", rlen, rbuf); exit_p: netlink_sock_deinit(&h_sock); return 0; }
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