Linux Netlink學習筆記

来源:https://www.cnblogs.com/kingpop/archive/2022/09/12/16687030.html
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參考鏈接：https://www.systutorials.com/docs/linux/man/7-netlink/ #1. 監聽Netlink消息類型示例 Netlink是用戶程式與內核通信的socket方法，通過Netlink可以獲得修改內核的配置，常見的有獲得介面的IP地址列表、更改路由表或 ...


參考鏈接：https://www.systutorials.com/docs/linux/man/7-netlink/

1. 監聽Netlink消息類型示例

Netlink是用戶程式與內核通信的socket方法，通過Netlink可以獲得修改內核的配置，常見的有獲得介面的IP地址列表、更改路由表或鄰居表。舊版本的內核提供很多從內核獲取信息的方式，至今仍在被廣泛使用。
其次，除了可以獲取修改內核配置外，還能夠監聽內核相關配置信息變化的事件，例如：介面狀態、介面地址、內核路由表或者內核鄰居表項的變更。
下麵，我們先列舉一個簡單的例子：監聽介面的狀態變化，並列印出出，發生變化的介面信息。

1.1. 監聽介面狀態變化

咋們直接上代碼，然後在詳細描述，實現的關鍵步驟。

#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)
     * 頭文件：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 <= 0) {
            continue;
        }

        nh_msg = (struct nlmsghdr *)sbuff;
        for ( ; NLMSG_OK(nh_msg, iret); nh_msg = NLMSG_NEXT(nh_msg, iret)) { /* 4 */
            dprint("  >> recive nh_msg type %u, portid %u.\n", nh_msg->nlmsg_type, nh_msg->nlmsg_pid);

            /**
             * @brief 這裡的 nlmsg_type 對應到 linux/rtnetlink.h 中
             * enum { RTM_BASE = 16, ... } 等枚舉類型
             */
            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;
}
  1. 指定地址簇，在使用netlink sock時，固定配置值：PF_NETLINK （等同AF_NETLINK）
  2. Netlink Group 這個得多寫點了
    含義：多播組掩碼；
    它是一個位掩碼，每個位代表一個網路鏈接組號。 每個 netlink 系列都有一組 32 個多播組。
    當在套接字上調用 bind(2) 時，sockaddr_nl 中的 nl_groups 欄位應設置為它希望收聽的組的位掩碼。 此欄位的預設值為零，這意味著不會接收到多播。 套接字可以通過將 nl_groups 設置為它在調用 sendmsg(2) 或執行 connect(2) 時希望發送到的組的位掩碼來將消息多播到任何多播組。
    Sockaddr_nl 結構體：
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 */ 
};

常用的配置選項，在頭文件 linux/rtnetlink.h 文件約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

在我們示例中，我們僅想監聽介面鏈路狀態和介面地址變化；所以，只需要設置上LINK和IFADDR即可；其他設置，根據自己需求進行設置
3. 註意socket(…)函數中第三個參數NETLINK_ROUTE，這個值我們又是從哪裡獲取，又是怎麼確定應該使用它而不是別的值呢，這裡就需要簡單解釋下。
這個值在頭文件：linux/netlink.h 中約第9行開始
當前可用的巨集定義有以下這麼多：

#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

根據《深入Linux內核架構與底層原理》這本書9.2.2節介紹，每個巨集的含義如下（這裡只列舉幾個常用的）

  • NETLINK_ROUTE：它與鄰居表、路由表、數據包分類器、網卡信息等路由子系統進行通信，以獲取信息。（目前最為常用的）
  • NETLINK_USERSOCK：它就是用戶端socket，使用這個處理netlink請求的單位就不是內核了，而是用戶空間的另外一頭的某個進程。Socket一端可以監聽，另一端只要將 發送的目標地址填充為目標進程的PID就好（netlink的發送地址不是ip編碼的，而是pid等編碼的）。這種IPC最厲害的地方在於可以支持multicast，即一個消息可以統發發送給多個接收者。
  • NETLINK_FIREWALL：它是跟內核的netfilter的ip_queue模塊溝通的選項。（iptables的動作要設置為： -j QUEUE）
  1. 從socket中讀取數據後，開始遍歷每一個nlmsghdr，它結構體定義如下：
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 */ 
};

這裡最常用到的就是 nlmsg_type 這個欄位了，在下一點進行介紹。
其次，對於這個 nlmsg_flags 欄位，再做下介紹：

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（以下這幾個，我們可能會常用到）
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.
  1. nlmsg_type這個欄位的值，定義在頭文件：linux/rtnetlink.h文件中約第20行，在那裡定義了Routing/neighbor 發現消息的類型。部分截圖如下：
/****
 *		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
...
  1. 對於類似於我這樣的netlink編程小白，大多數都會想，為啥就是struct ifinfomsg這個數據結構體呢，我去哪裡找應該使用哪個數據結構體呢
    struct ifinfomsg：定義在頭文件 linux/rtnetlink.h
    建議下一份Linux Kernal源碼，熟悉下 include/uapi/linux 這個目錄下看起來眼熟的頭文件。
  2. 通過 linux/netlink.h 頭文件定義巨集 NLMSG_DATA 獲取nlmsg中攜帶的消息數據
  3. 從這個消息體中依次解析出【介面的消息類型/屬性值】
    比如：IFLA_IFNAME，IFLA_MAX這些巨集都定義在：linux/if_link.h文件中約276行，部分代碼如下：
/*
 * 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,

這些屬性值，都是可以通過 RTA_DATA( tb[IFLA_XXX] ) 獲取到。
至此，一個簡單的示例也就講述完畢。

1.2. 小結

進行Netlink編程的一個簡單的總結：

  1. 需要命令，你要操作內核哪類配置，確定好了這個，就能夠確定socket函數中第三個參數應該使用哪個值（值定義在 linux/netlink.h），這個值，我們先命名為Netlink Protocol選項
  2. 確定好這個後，我們就需要瞭解，這個Netlink Protocol選項下有哪些消息，瞭解後就可以根據自己的業務需求，只去關註自己關心的哪些消息類型
  3. 接下來，就是尋找，這些消息類型對應的消息結構體是如何定義的或者說它們定義的位置在哪裡，這就得需要經驗的積累了。首先，定義這些消息結構體的頭文件大部分存放在Linux Kernal源碼的include/uapi/linux這個目錄下，常用的頭文件有：
  • rtnetlink.h 介面、路由消息
  • netlink.h
  • if.h
  • if_addr.h
  • if_link.h
  • neighbour.h 鄰居消息
    其次，加入是包過濾（netfilter）的話，其通常的命令方式含有 fw、netfilter 等字樣，然後再確認文件內容，是否是所需要的。

  1. 取得的類型的消息結構體了，然後就是從消息結構體解析出，攜帶的數據，我們就需要struct rtattr *tb結構體以及相關API的使用；然後就是，需要在相關頭文件中，找到這個消息結構體描述的事物，它具有哪些屬性。比如：描述的網卡（介面），它具有索引值、網卡名稱，MTU，Link狀態等屬性；更具屬性的枚舉變數，使用 RTA_DATA ( tb[XXX] )來獲取相應的值。

  2. 好用的Linux線上手冊：https://www.man7.org/linux/man-pages/index.html


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