简要分析Netlink协议

Netlink协议是Linux内核中用于内核态与用户态进程间通信（IPC）的一种机制，基于套接字的通信接口，提供高效、灵活的双向数据传输能力，常用于内核模块与用户程序之间的实时交互。

Netlink协议的核心内容

协议基础
1. 通信模式：基于消息的通信，支持单播（unicast）、多播（multicast）和广播。
2. 协议族（Family）
  1. Netlink不是单一协议，而是一组协议族，每个协议族通过唯一的协议号（如NETLINK_ROUTE、NETLINK_USER）区分用途。例如
    1. NETLINK_ROUTE ：路由信息、网络设备管理
    2. NETLINK_KOBJECT_UEVENT ：内核事件（如设备热插拔）。
    3. NETLINK_USER：用户自定义
消息格式

每条Netlink消息由消息头（Header）+有效载荷（Payload）组成，结构如下：

struct nlmsghdr {__u32 nlmsg_len;    // 消息总长度（包括头部和内容）__u16 nlmsg_type;   // 消息类型（如请求、响应、错误）__u16 nlmsg_flags;  // 标志位（如 NLM_F_REQUEST、NLM_F_MULTI）__u32 nlmsg_seq;    // 序列号（用于跟踪请求/响应）__u32 nlmsg_pid;    // 发送方端口号（PID或自定义标识）
};

有效载荷：紧跟在nlmsghdr后的用户数据，可以是任意格式（如二进制数据、结构体等）。

3. 地址结构

Netlink使用专用的地址结构标识通信端点：

struct sockaddr_nl {sa_family_t nl_family;  // 固定为 AF_NETLINKunsigned short nl_pad;   // 填充字段（通常为0）pid_t nl_pid;           // 用户态进程的PID或自定义端口号__u32 nl_groups;        // 多播组掩码（用于订阅多播组）
};

Netlink的主要特点

双向通信
1. 内核可以主动向用户态发送消息（如事件通知），用户态也可向内核发送请求。
2. 示例场景：内核检测到网络设备状态变化时，主动通信用户态监控程序。
支持多协议
1. 通过协议号区分不同用途的通信，避免消息混杂。
2. 自定义ieyi：用户可自定义私有协议号（须在中选择未占用的值）。
大容量数据传输
1. 支持分片传输，适合传输较大数据块（如配置表、日志）。
异步通信
1. 用户态可通过select()、epoll()或非阻塞模式失效异步接收
多播支持
1. 允许用户态进程订阅特定多播组，接受特定类型的广播消息。

Netlink的典型应用场景

网络管理
1. 配置路由表（NETLINK_ROUTE）
2. 管理网络设备（如启动/关闭网卡）
硬件事件通知
1. 热插拔事件（如USB设备插入）通过NETLINK_KOBJECT_UEVENT通知用户态
安全模块
1. SELinux使用Netlink与用户态进程通信
用户自定义通信
1. 内核模块与用户程序交换私有数据

Netlink的通信流程

1. 用户态进程

a. 创建Netlink套接字

int fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ANC);

b. 绑定地址并监听消息

struct sockaddr_nl addr;
addr.nl_family = AF_NETLINK;
addr.nl_pid = getpid(); // 使用进程PID作为端口号
bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

2. 内核模块

a. 通过netlink_kernel_create()创建内核端套接字

b. 使用nlmsg_new()分配消息缓冲区，填充数据后通过netlink_unicast()发送

与其他IPC机制的对比

机制	方向	适用场景	缺点
Netlink	双向	内核-用户态实时通信	需要内核支持
Sysfs	单向	配置内核参数	仅支持小数据，操作基于文件
ioctl	用户→内核	设备控制命令	单向，扩展性差
procfs	单向	状态查询或简单配置	性能较低，不适合高频操作