Netlink introduction

Netlink被用來當作kernel和user space之間溝通資訊的方式之一，使用標準的socket介面來作為Netlink的API，其address family必須填AF_NETLINK，而socket type為SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，protocol則根據不同的netlink group不同而有所不同，如NETLINK_ROUTE或NETLINK_GENERIC等等(詳細資訊可以man 7 netlink)。

socket = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, netlink_family);

Netlink Socket Address Structure

如同一般的socket，Netlink也需要socket address，其socket address為：

struct sockaddr_nl {
    sa_family_t     nl_family;  /* AF_NETLINK */
    unsigned short  nl_pad;     /* Zero. */
    pid_t           nl_pid;     /* Process ID. */
    __u32           nl_groups;  /* Multicast groups mask. */
};

如果傳送的對象是kernel或者以multicast傳送，則nl_pid設為0。如果是kernel傳送給user-space上面的application時（multicast），就會填入正確的pid，然而nl_pid實際的意義並不是指PID，而只是用於識別一個netlink socket而已，對於application在建立一個netlink socket時，可以將nl_pid設為0，然後bind()，kernel會自動將PID填入。而nl_groups是用multicast，採用bit mask方式，所以每個netlink family有32個multicast group。

Netlink Format

Netlink message包含一個或多個struct nlmsghdr，主要用於辨識後面的payload內容為何。

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;    /* PID of the sending process. */
};

所以常見的讀取netlink message形式如下：

  int len;
  char buf[4096];
  struct iovec iov = { buf, sizeof(buf) };
  struct sockaddr_nl sa;
  struct msghdr msg;
  struct nlmsghdr *nh;

  msg = { (void *)&sa, sizeof(sa), &iov, 1, NULL, 0, 0 };
  len = recvmsg(fd, &msg, 0);
  for (nh = (struct nlmsghdr *) buf; NLMSG_OK (nh, len);
    nh = NLMSG_NEXT (nh, len)) {
    /* The end of multipart message. */
    if (nh->nlmsg_type == NLMSG_DONE)
      return;
    if (nh->nlmsg_type == NLMSG_ERROR)
      /* Do some error handling. */
      ...
    /* Continue with parsing payload. */
    ...
  }

Macro

Netlink也提供一些macro來操作這些netlink datagram，因為kernel和user-space溝通會有align的問題，所以不論是在組packet或者parse packet，都請用這些macro。

#define NLMSG_ALIGNTO 4
#define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) )
#define NLMSG_HDRLEN  ((int) NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr)))
#define NLMSG_LENGTH(len) ((len)+NLMSG_ALIGN(NLMSG_HDRLEN))
#define NLMSG_SPACE(len) NLMSG_ALIGN(NLMSG_LENGTH(len))
#define NLMSG_DATA(nlh)  ((void*)(((char*)nlh) + NLMSG_LENGTH(0)))
#define NLMSG_NEXT(nlh,len)  ((len) -= NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len), \
      (struct nlmsghdr*)(((char*)(nlh)) + \
                                 NLMSG_ALIGN((nlh)->nlmsg_len)))
#define NLMSG_OK(nlh,len) ((len) >= (int)sizeof(struct nlmsghdr) && \
      (nlh)->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr) && \
      (nlh)->nlmsg_len <= (len))
#define NLMSG_PAYLOAD(nlh,len) ((nlh)->nlmsg_len - NLMSG_SPACE((len)))

NLMSG_ALIGN()很明顯的就是在做align。
NLMSG_HDRLEN()回傳struct nlmsghdr所占的大小。
NLMSG_LENGTH()回傳len + struct nlmsghdr所占的大小，通常用於填struct nlmsghdr的nlmsg_len用。
NLMSG_SPACE()回傳len + struct nlmsghdr再取align的大小，也就是netlink message的大小。
NLMSG_DATA()回傳nlh往後一個struct nlmsghdr所占的大小，就是取struct nlmsghdr後面跟著的資料。
NLMSG_NEXT()取得下一個struct nlmsghdr，並且將len減去原本的nlmsg_len，就等同在算剩餘大小。
NLMSG_OK()先算剩餘長度是否大於等於一個struct nlmsghdr，再算這個nlmsg_len是否大於等於一個struct nlmsghdr，而且nlmsg_len還要小於剩餘長度(len)，如果都符合，就算是一個OK的struct nlmsghdr。

各macro與netlink message之間的關係。

Common API

基於netlink family基本上都是大同小異，所以參考Document/accounting/getdelays.c寫了一些API來用。

static int create_nl_socket(int proto)
{
    int sock;
    struct sockaddr_nl addr;

    if ((sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, proto)) < 0) {
        fprintf(stderr, "open sock failed.(%s)\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.nl_family = AF_NETLINK;

    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        fprintf(stderr, "bind failed.(%s)\n", strerror(errno));
        goto bind_err;
    }

    return sock;

bind_err:
    close(sock);
    return -1;
}

這個章節單純的只對netlink提供一些overview，後面會針對各個netlink family有更詳細的描述。