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。

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 <linux/init.h>  #include <linux/module.h>  #include <linux/kernel.h>  #include <linux/skbuff.h>  #include <linux/ip.h>  #include <linux/types.h>  #include <linux/sched.h>  #include <linux/netlink.h>  #include <net/sock.h>  #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 <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <string.h>  #include <unistd.h>  #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 <sys/types.h>  #include <sys/socket.h>  #include <asm/types.h>  #include <linux/socket.h>  #include <linux/netlink.h>  #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 <stdio.h>  #include <stdlib.h>  #include <string.h>  #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 <param>\n\t-S <param>\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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