Linux Netlink学习笔记

Netlink是用户程序与内核通信的socket方法,通过Netlink可以获得修改内核的配置,常见的有获得接口的IP地址列表、更改路由表或邻居表。旧版本的内核提供很多从内核获取信息的方式,至今仍在被广泛使用。
其次,除了可以获取修改内核配置外,还能够监听内核相关配置信息变化的事件,例如:接口状态、接口地址、内核路由表或者内核邻居表项的变更。
下面,我们先列举一个简单的例子:监听接口的状态变化,并打印出出,发生变化的接口信息。

1.1. 监听接口状态变化

咋们直接上代码,然后在详细描述,实现的关键步骤。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys socket.h>
#include <sys select.h>
#include <sys time.h>
#include <asm types.h>
#include <linux if.h>
#include <linux netlink.h>
#include <linux rtnetlink.h>

#define dprint(format, ...) \
    printf("[%15s:%-4d] " format , __FUNCTION__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

static int gnl_fd;

static void parse_rtattr(struct rtattr **tb, int max, struct rtattr *attr, int len)
{
    for ( ; RTA_OK(attr, len); attr = RTA_NEXT(attr, len)) {
        if (attr->rta_type <= max) { tb[attr->rta_type] = attr;
        }
    }
}

static void show_iflink_msg(struct nlmsghdr *nh_msg)
{
    int msg_len;
    /**
     * @brief #define IFLA_MAX (__IFLA_MAX - 1)
     * &#x5934;&#x6587;&#x4EF6;&#xFF1A;linux/if_link.h
     */
    struct rtattr *tb[IFLA_MAX + 1];
    struct ifinfomsg *ifmsg; /* 6 */

    bzero(tb, sizeof(tb));
    ifmsg = NLMSG_DATA(nh_msg); /* 7 */
    msg_len = nh_msg->nlmsg_len - NLMSG_SPACE(sizeof(*ifmsg));
    parse_rtattr(tb, IFLA_MAX, IFLA_RTA(ifmsg), msg_len); /* 8 */

    dprint("  >> if intf_index: %d\n", ifmsg->ifi_index);
    dprint("  >> if intf_name : %s\n", (tb[IFLA_IFNAME] ? RTA_DATA(tb[IFLA_IFNAME]) : " "));
    dprint("  >> if link_type : %s\n", (nh_msg->nlmsg_type == RTM_NEWLINK) ? "NEWLINK" : "DELLINK");
    dprint("  >> if link_state: %s\n\n", (ifmsg->ifi_flags & IFF_UP) ? "up" : "down");
    return;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    fd_set rd_set;
    int max_fd = -1;
    int iret, old_iret = -1;
    struct timeval tmval;
    struct sockaddr_nl sa_nl;
    char sbuff[2048];
    struct nlmsghdr *nh_msg;

    memset(&sa_nl, 0, sizeof(sa_nl));
    sa_nl.nl_family = PF_NETLINK; /* 1 */
    sa_nl.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_IFADDR; /* 2 */

    gnl_fd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE); /* 3 */
    bind(gnl_fd, (struct sockaddr *) &sa_nl, sizeof(sa_nl));

    dprint("begin listen gnl_fd socket ...\n");
    for ( ; ; ) {
        FD_ZERO(&rd_set);
        FD_SET(gnl_fd, &rd_set);

        tmval.tv_sec = 1;
        tmval.tv_usec = 0;
        max_fd = (max_fd > gnl_fd) ? max_fd : gnl_fd;

        iret = select(max_fd + 1, &rd_set, NULL, NULL, &tmval);
        if (old_iret != iret) {
            dprint("select return value %d, errno %d.\n", iret, errno);
            old_iret = iret;
        }

        if (iret == -1 || iret == 0 || !FD_ISSET(gnl_fd, &rd_set)) {
            if (iret == -1 && errno != EINTR)
                break;
            continue;
        }

        iret = read(gnl_fd, sbuff, sizeof(sbuff));
        dprint("  >> read gnl_fd return value %d.\n", iret);
        if (iret <= 4 0) { continue; } nh_msg="(struct" nlmsghdr *)sbuff; for ( ; nlmsg_ok(nh_msg, iret); iret)) * dprint(">> recive nh_msg type %u, portid %u.\n", nh_msg->nlmsg_type, nh_msg->nlmsg_pid);

            /**
             * @brief &#x8FD9;&#x91CC;&#x7684; nlmsg_type &#x5BF9;&#x5E94;&#x5230; linux/rtnetlink.h &#x4E2D;
             * enum { RTM_BASE = 16, ... } &#x7B49;&#x679A;&#x4E3E;&#x7C7B;&#x578B;
             */
            switch (nh_msg->nlmsg_type) { /* 5 */
            case RTM_NEWLINK:
            case RTM_DELLINK:
                show_iflink_msg(nh_msg);
                break;
            default:
                break;
            }
        }
    }

    close(gnl_fd);
    dprint("close gnl_fd socket, bye bye...\n");
    return 0;
}
</=></=></linux></linux></linux></asm></sys></sys></sys></errno.h></unistd.h></stdint.h></string.h></stdlib.h></stdio.h>
struct sockaddr_nl {
    sa_family_t     nl_family;  /* AF_NETLINK */
    unsigned short  nl_pad;     /* Zero */
    pid_t           nl_pid;     /* Port ID */
    __u32          nl_groups;  /* Multicast groups mask */
};

常用的配置选项,在头文件 linux/rtnetlink.h 文件约659行

#define RTMGRP_LINK     1
#define RTMGRP_NOTIFY       2
#define RTMGRP_NEIGH        4
#define RTMGRP_TC            8

#define RTMGRP_IPV4_IFADDR   0x10
#define RTMGRP_IPV4_MROUTE   0x20
#define RTMGRP_IPV4_ROUTE    0x40
#define RTMGRP_IPV4_RULE     0x80

#define RTMGRP_IPV6_IFADDR    0x100
#define RTMGRP_IPV6_MROUTE    0x200
#define RTMGRP_IPV6_ROUTE     0x400
#define RTMGRP_IPV6_IFINFO  0x800

#define RTMGRP_DECnet_IFADDR    0x1000
#define RTMGRP_DECnet_ROUTE     0x4000
#define RTMGRP_IPV6_PREFIX      0x20000

在我们示例中,我们仅想监听接口链路状态和接口地址变化;所以,只需要设置上LINK和IFADDR即可;其他设置,根据自己需求进行设置
3. 注意socket(…)函数中第三个参数NETLINK_ROUTE,这个值我们又是从哪里获取,又是怎么确定应该使用它而不是别的值呢,这里就需要简单解释下。
这个值在头文件:linux/netlink.h 中约第9行开始
当前可用的宏定义有以下这么多:

#define NETLINK_ROUTE       0   /* Routing/device hook              */
#define NETLINK_UNUSED      1   /* Unused number                */
#define NETLINK_USERSOCK    2   /* Reserved for user mode socket protocols  */
#define NETLINK_FIREWALL    3   /* Unused number, formerly ip_queue     */
#define NETLINK_SOCK_DIAG   4   /* 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
/* leave room for NETLINK_DM (DM Events) */
#define NETLINK_SCSITRANSPORT   18  /* SCSI Transports */
#define NETLINK_ECRYPTFS    19
#define NETLINK_RDMA        20
#define NETLINK_CRYPTO      21  /* Crypto layer */
#define NETLINK_SMC     22  /* SMC monitoring */

#define NETLINK_INET_DIAG   NETLINK_SOCK_DIAG

#define MAX_LINKS 32

根据《深入Linux内核架构与底层原理》这本书9.2.2节介绍,每个宏的含义如下(这里只列举几个常用的)

  • NETLINK_ROUTE:它与邻居表、路由表、数据包分类器、网卡信息等路由子系统进行通信,以获取信息。(目前最为常用的)
  • NETLINK_USERSOCK:它就是用户端socket,使用这个处理netlink请求的单位就不是内核了,而是用户空间的另外一头的某个进程。Socket一端可以监听,另一端只要将 发送的目标地址填充为目标进程的PID就好(netlink的发送地址不是ip编码的,而是pid等编码的)。这种IPC最厉害的地方在于可以支持multicast,即一个消息可以统发发送给多个接收者。
  • NETLINK_FIREWALL:它是跟内核的netfilter的ip_queue模块沟通的选项。(iptables的动作要设置为: -j QUEUE)
struct nlmsghdr {
    __u32 nlmsg_len;    /* Length of message including header */
    __u16 nlmsg_type;   /* Type of message content */
    __u16 nlmsg_flags;  /* Additional flags */
    __u32 nlmsg_seq;    /* Sequence number */
    __u32 nlmsg_pid;    /* Sender port ID */
};

这里最常用到的就是 nlmsg_type 这个字段了,在下一点进行介绍。
其次,对于这个 nlmsg_flags 字段,再做下介绍:

Standard flag bits in nlmsg_flags
NLM_F_REQUEST   Must be set on all request messages.

NLM_F_MULTI The message is part of a multipart message terminated by NLMSG_DONE.

NLM_F_ACK   Request for an acknowledgment on success.

NLM_F_ECHO  Echo this request.

Additional flag bits for GET requests
NLM_F_ROOT  Return the complete table instead of a single entry.

NLM_F_MATCH Return all entries matching criteria passed in message content. Not implemented yet.

NLM_F_ATOMIC    Return an atomic snapshot of the table.

NLM_F_DUMP  Convenience macro; equivalent to (NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH).

Note that NLM_F_ATOMIC requires the CAP_NET_ADMIN capability or an effective UID of 0.

Additional flag bits for NEW requests&#xFF08;&#x4EE5;&#x4E0B;&#x8FD9;&#x51E0;&#x4E2A;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x53EF;&#x80FD;&#x4F1A;&#x5E38;&#x7528;&#x5230;&#xFF09;
NLM_F_REPLACE   Replace existing matching object.

NLM_F_EXCL  Don't replace if the object already exists.

NLM_F_CREATE    Create object if it doesn't already exist.

NLM_F_APPEND    Add to the end of the object list.

/****
 *      Routing/neighbour discovery messages.

 ****/

/* Types of messages */

enum {
    RTM_BASE    = 16,
#define RTM_BASE    RTM_BASE

    RTM_NEWLINK = 16,
#define RTM_NEWLINK RTM_NEWLINK
    RTM_DELLINK,
#define RTM_DELLINK RTM_DELLINK
    RTM_GETLINK,
#define RTM_GETLINK RTM_GETLINK
    RTM_SETLINK,
#define RTM_SETLINK RTM_SETLINK

    RTM_NEWADDR = 20,
#define RTM_NEWADDR RTM_NEWADDR
    RTM_DELADDR,
#define RTM_DELADDR RTM_DELADDR
    RTM_GETADDR,
#define RTM_GETADDR RTM_GETADDR
...

/*
 * IFLA_AF_SPEC
 *   Contains nested attributes for address family specific attributes.

 *   Each address family may create a attribute with the address family
 *   number as type and create its own attribute structure in it.

 *
 *   Example:
 *   [IFLA_AF_SPEC] = {
 *       [AF_INET] = {
 *           [IFLA_INET_CONF] = ...,
 *       },
 *       [AF_INET6] = {
 *           [IFLA_INET6_FLAGS] = ...,
 *           [IFLA_INET6_CONF] = ...,
 *       }
 *   }
 */

enum {
    IFLA_UNSPEC,
    IFLA_ADDRESS,
    IFLA_BROADCAST,
    IFLA_IFNAME,
    IFLA_MTU,
    IFLA_LINK,
    IFLA_QDISC,
    IFLA_STATS,
    IFLA_COST,
#define IFLA_COST IFLA_COST
    IFLA_PRIORITY,
#define IFLA_PRIORITY IFLA_PRIORITY
IFLA_MASTER,

这些属性值,都是可以通过 RTA_DATA( tb[IFLA_XXX] ) 获取到。
至此,一个简单的示例也就讲述完毕。

1.2. 小结

进行Netlink编程的一个简单的总结:

  • rtnetlink.h 接口、路由消息
  • netlink.h
  • if.h
  • if_addr.h
  • if_link.h
  • neighbour.h 邻居消息
    其次,加入是包过滤(netfilter)的话,其通常的命令方式含有 fw、netfilter 等字样,然后再确认文件内容,是否是所需要的。

Original: https://www.cnblogs.com/kingpop/p/16687030.html
Author: KingPop
Title: Linux Netlink学习笔记

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