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gnetlink，Gnetlink：让跨进程通信变得更简洁
gnetlink是Linux内核提供的一种跨进程通信机制，可以让系统内的进程之间进行高效、安全的消息传递和事件通知。它可以用于各种系统管理、网络编程、驱动程序开发等场景，非常实用。本文将介绍gnetlink的基本概念、使用方法和应用实例，并分析其特点和优势。
基本概念
gnetlink是指General Netlink Family，是Linux内核中的一种通用网络协议族。它遵循Socket API的规范，提供了一套完整的通信协议，包括发送和接收数据包的格式、消息类型的定义、数据结构的布局等。gnetlink的实现基于Netlink协议，但是相较于Netlink，gnetlink更加通用、灵活，可以支持多种不同类型的应用场景。
使用方法
使用gnetlink进行进程间通信，需要掌握以下几个步骤：
创建一个gnetlink Socket
构造发送消息的数据包，包括消息头和消息体
发送数据包到指定的进程
等待接收进程的响应消息，解析响应消息头和消息体
创建一个gnetlink Socket需要提供协议族和协议类型等信息，例如：
struct sockaddr_nl src_addr, dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
struct iovec iov;
struct msghdr msg;
int sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_GENERIC);
memset(&src_addr, 0, sizeof(src_addr));
src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
src_addr.nl_pid = getpid(); // 设置发送进程的PID
src_addr.nl_groups = 0; // 不关注多播组
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&src_addr, sizeof(src_addr));
构造发送消息的数据包需要调用相关的API进行操作，例如：
nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
nlh->nlmsg_pid = getpid();
nlh->nlmsg_flags = 0;
// 构造消息体
strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "gnetlink message");
iov.iov_base = (void *)nlh;
iov.iov_len = nlh->nlmsg_len;
memset(&msg, 0, sizeof(msg));
msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
sendmsg(sockfd, &msg, 0);
发送数据包到指定的进程需要指定目标进程的信息，例如：
memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
dest_addr.nl_pid = 0; // 设置目标进程的PID
dest_addr.nl_groups = 0;
sendto(sockfd, (void *)nlh, nlh->nlmsg_len, 0,
(struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
等待接收进程的响应消息需要创建一个阻塞式Socket，并在循环中等待数据包的到来，例如：
struct nlmsghdr *nlh_rcv = NULL;
while (1) {
nlh_rcv = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
memset(nlh_rcv, 0, NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
iov.iov_base = (void *)nlh_rcv;
iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
memset(&msg, 0, sizeof(msg));
msg.msg_name = (void *)&dest_addr;
msg.msg_namelen = sizeof(dest_addr);
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
// 阻塞式接收数据包
recvmsg(sockfd, &msg, 0);
// 解析消息头和消息体
printf("Received message payload: %s\n", (char *)NLMSG_DATA(nlh_rcv));
}
应用实例
gnetlink可以用于很多应用场景，以下是两个实例：
1. 系统管理
在Linux系统中，gnetlink可以用于实现用户进程对内核的管理。例如，可以通过gnetlink接口读取内核的网络状态、文件系统信息、进程信息等，从而执行各种管理操作。例如，下面的代码片段可以查询指定进程的CPU使用情况：
// 构造查询消息体
struct {
struct nlmsghdr nlh;
struct taskstat tstat;
} req;
memset(&req, 0, sizeof(req));
req.nlh.nlmsg_len = sizeof(req);
req.nlh.nlmsg_type = TASKSTATS_CMD_GET;
req.nlh.nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ACK;
req.nlh.nlmsg_pid = getpid();
// 设置查询进程的PID
req.tstat.tgid = pid;
sendto(sockfd, &req, sizeof(req), 0, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa));
// 等待响应数据包的到来
recvmsg(sockfd, &msg, 0);
// 解析响应数据包
nlh_rcv = (struct nlmsghdr *)msg.msg_iov[0].iov_base;
if (nlh_rcv->nlmsg_type == TASKSTATS_TYPE_AGGR_PID) {
struct taskstats *stats = (struct taskstats *)NLMSG_DATA(nlh_rcv);
printf("CPU usage: %lld\n", stats->cpu_usage);
}
2. 网络编程
在网络编程中，gnetlink可以用于实现进程间的通信和协作，例如，可以通过gnetlink接口实现虚拟网卡的网络相互通信和数据转发。例如，以下是一个基于gnetlink实现虚拟网卡的代码示例：
// 创建gnetlink Socket
int fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_USERSOCK);
// 构造网卡信息消息体
char buf[1024];
struct nlmsghdr *nlh = (struct nlmsghdr *)buf;
struct ifaddrmsg *ifa = (struct ifaddrmsg *)NLMSG_DATA(nlh);
struct rtattr *rta = (struct rtattr *)IFA_RTA(ifa);
int payload_len = IFA_PAYLOAD(nlh);
nlh->nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct ifaddrmsg));
nlh->nlmsg_type = RTM_NEWADDR;
nlh->nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ACK;
nlh->nlmsg_pid = getpid();
nlh->nlmsg_seq = 1;
ifa->ifa_family = AF_INET;
ifa->ifa_flags = IFA_F_PERMANENT;
ifa->ifa_scope = RT_SCOPE_UNIVERSE;
ifa->ifa_index = if_nametoindex("vnet0");
rta->rta_type = IFA_LOCAL;
rta->rta_len = RTA_LENGTH(payload_len);
memcpy(RTA_DATA(rta), "\x0a\x00\x00\x01", payload_len);
nlh->nlmsg_len += RTA_LENGTH(payload_len);
// 发送消息
struct sockaddr_nl nladdr = {0};
nladdr.nl_family = AF_NETLINK;
sendto(fd, nlh, nlh->nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)&nladdr, sizeof(nladdr));
// 等待响应数据包的到来
struct msghdr msg;
struct iovec iov = {buf, sizeof(buf)};
struct sockaddr_nl sa = {0};
int n;
struct nlmsghdr *nh;
struct ifaddrmsg *ifa2;
struct rtattr *attr;
struct sockaddr_in sin;
char *const loopback_ip = (char *)"\x7f\x00\x00\x01";
while (1) {
memset(&msg, 0, sizeof(msg));
msg.msg_name = (void *)&sa;
msg.msg_namelen = sizeof(sa);
msg.msg_iov = &iov;
msg.msg_iovlen = 1;
if ((n = recvmsg(fd, &msg, 0)) < 0) {
break;
}
for (nh = (struct nlmsghdr *)buf; NLMSG_OK(nh, n); nh = NLMSG_NEXT(nh, n)) {
if (nh->nlmsg_pid == getpid()) {
continue;
}
if (nh->nlmsg_type == RTM_NEWADDR) {
ifa2 = (struct ifaddrmsg *)NLMSG_DATA(nh);
attr = IFA_RTA(ifa2);
while (RTA_OK(attr, nh->nlmsg_len - NLMSG_ALIGN(sizeof(struct ifaddrmsg)))) {
if (attr->rta_type == IFA_ADDRESS) {
memcpy(&sin.sin_addr.s_addr, RTA_DATA(attr), sizeof(sin.sin_addr.s_addr));
if (memcmp(loopback_ip, &sin.sin_addr.s_addr, sizeof(sin.sin_addr.s_addr)) != 0) {
printf("Default gateway for new if: %s\n", inet_ntoa(sin.sin_addr));
break;
}
rta = RTA_NEXT(attr, nh->nlmsg_len - NLMSG_ALIGN(sizeof(struct ifaddrmsg)));
}
}
}
}
}
特点和优势
总的来说，gnetlink的特点和优势有以下几点：
更加灵活的通信协议：gnetlink可以支持多种不同类型的应用场景，使得Linux内核具有了更加灵活的通信能力。
更加高效和安全的消息传递：gnetlink基于Socket API，可以实现高效和安全的消息传递和事件通知，可以代替传统的IPC（Inter-Process Communication）机制。
更加方便的API接口：gnetlink的API接口比较直观和简洁，为程序员提供了更加方便的使用方法。
更加广泛的应用范围：由于gnetlink可以支持多种应用场景，因此可以应用于各种系统管理、网络编程、驱动程序开发等领域。
结语
gnetlink是一种非常实用的进程间通信机制，在Linux内核中得到广泛的应用。本文介绍了gnetlink的基本概念、使用方法和应用实例，并分析了其特点和优势。相信读者通过本文可以更好地掌握gnetlink的相关知识，为其在实际应用中提供帮助。
