ovs源码阅读--netlink使用
鲵之风采 2019-06-28
netlink
netlink socket是一种用于用户态进程和内核态进程之间的通信机制。它通过为内核模块提供一组特殊的API，并为用户程序提供了一组标准的socket接口的方式，实现了全双工的通讯连接。
特点：
- 双向传输，异步通信
- 用户空间中使用标准socket API
- 内核空间中使用专门的API
- 支持多播
- 可由内核端发起通信
- 支持32种协议类型
netlink仅支持32种协议类型，这在实际应用中可能并不足够，因此产生了generic netlink（以下简称为genl），
generic netlink支持1023个子协议号，弥补了netlink协议类型较少的缺陷。
netlink通信架构
Netlink子系统：所有genl通信的基础，Netlink子系统中收到的所有Generic类型的netlink数据都被送到genl总线上；从内核发出的数据也经由genl总线送至netlink子系统，再打包送至用户空间
Generic Netlink控制器：作为内核的一部分，负责动态地分配genl通道(即genl family id)，并管理genl任务，genl控制器是一个特殊的genl内核用户，它负责监听genl bus上的通信通道
genl通信建立在一系列的通信通道的基础上，每个genl family对应多个通道，这些通道由genl控制器动态分配
相关结构体
genl family
Generic Netlink是基于客户端-服务端模型的通信机制，服务端注册family（family是对genl服务的各项定义的集合），控制器和客户端都通过已注册的信息与服务端通信。
//genl_family主要字段
struct genl_family
{
unsigned int id; //family id
unsigned int hdrsize; //用户自定议头部长度
char name[GENL_NAMSIZ]; //family名，要求不同的family使用不同的名字
unsigned int version; //版本
unsigned int maxattr; //最大attr类型数，使用netlink标准的attr来传输数据
genl_ops *ops; // 操作集合
};genl_ops
定义了netlink family相关的操作
// genl_ops主要字段
struct genl_ops
{
u8 cmd; //命令名，用于识别genl_ops
unsigned int flags; //设置属性
struct nla_policy *policy; //定义了attr规则，genl在触发事件处理程序之前，会用其进行attr校验
int (*doit)(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info);
int (*dumpit)(struct sk_buff *skb, struct netlink_callback *cb);
};- doit：回调函数，在generic netlink收到数据时触发，运行在进程上下文
- dumpit：回调函数，当genl_ops的flag标志被添加了NLM_F_DUMP以后，每次收到genl消息即会回触发这个函数
dumpit与doit的区别是：dumpit的第一个参数skb不会携带从客户端发来的数据。相反地，开发者应该在skb中填入需要传给客户端的数据，skb中携带的数据会被自动送到客户端。只要dumpit的返回值大于0，dumpit函数就会再次被调用，并被要求在skb中填入数据。当服务端没有数据要传给客户端时，dumpit要返回0。如果函数中出错，要求返回一个负值。
nal_policy
定义了attr规则
struct nla_policy
{
u16 type; //attr中的数据类型
u16 len; //如果在type字段配置的是字符串有关的值，要把len设置为字符串的最大长度
};genl_info
内核在接收到用户的genetlink消息后，会对消息解析并封装成genl_info结构
struct genl_info
{
u32 snd_seq; //发送序号
u32 snd_pid; //发送客户端的PID
struct nlmsghdr * nlhdr; //netlink header的指针
struct genlmsghdr * genlhdr; //genl头部的指针（即family头部）
void * userhdr; //用户自定义头部指针
struct nlattr ** attrs; //如果定义了genl_ops->policy，保存被policy过滤以后的结果
};Generic Netlink服务端（内核）初始化
这里以OVS中packet的处理为例：
1. 定义family
//定义packet family
static struct genl_family dp_packet_genl_family __ro_after_init = {
.hdrsize = sizeof(struct ovs_header),
.name = OVS_PACKET_FAMILY,
.version = OVS_PACKET_VERSION,
.maxattr = OVS_PACKET_ATTR_MAX,
.netnsok = true,
.parallel_ops = true,
.ops = dp_packet_genl_ops, //操作集合
.n_ops = ARRAY_SIZE(dp_packet_genl_ops),
.module = THIS_MODULE,
};2. 定义operation
// 定义packet family 的操作 --- packet类型的操作只支持OVS_PACKET_CMD_EXECUTE
static struct genl_ops dp_packet_genl_ops[] = {
{ .cmd = OVS_PACKET_CMD_EXECUTE,
.flags = GENL_UNS_ADMIN_PERM,
.policy = packet_policy,
.doit = ovs_packet_cmd_execute //接受数据包时，调用ovs_packet_cmd_execute进行处理
}
};
// 定义packet family 的过滤规则
static const struct nla_policy packet_policy[OVS_PACKET_ATTR_MAX + 1] = {
[OVS_PACKET_ATTR_PACKET] = { .len = ETH_HLEN },
[OVS_PACKET_ATTR_KEY] = { .type = NLA_NESTED },
[OVS_PACKET_ATTR_ACTIONS] = { .type = NLA_NESTED },
[OVS_PACKET_ATTR_PROBE] = { .type = NLA_FLAG },
[OVS_PACKET_ATTR_MRU] = { .type = NLA_U16 },
};3. 注册family
genl_register_family(&dp_packet_genl_family);
Generic Netlink客户端（用户空间）初始化
struct sockaddr_nl saddr;
int sock;
sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_GENERIC); //创建一个netlink类型的socket
if (sock < 0) {
return -1;
}
memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
saddr.nl_family = AF_NETLINK;
saddr.nl_pid = getpid(); //获取family id
if (bind(sock, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) < 0) { //绑定
printf("bind fail!\n");
close(*p_sock);
return -1;
}内核空间接受发送数据
接受数据：内核端一旦收到generic netlink数据，会触发doit函数运行，通过回调函数进行处理
发送数据：将数据打包好之后，可通过单播（genlmsg_unicast）或多播（）的形式进行发送
用户空间接受发送数据
接受数据：调用recv函数即可完成从内核来的数据的接收
发送数据：调用sendto来发送数据
netlink收发数据—以ovs中packet为例
参考内容
作者：yearsj
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