如何新加netlink

如何在Linux内核中添加一个新的Netlink指令（命令）

Linux内核中Netlink有两种常见方式添加新指令：

Generic Netlink（genl，推荐方式） 现代、灵活、动态分配family ID、无需修改内核头文件，广泛用于nl80211、ethtool、taskstats等子系统。
原生Netlink（legacy/raw Netlink，不推荐新开发） 旧式方式，需要固定协议号（NETLINK_XXX），命令通过nlmsg_type字段区分。早期子系统（如NETLINK_ROUTE、NETLINK_USERSOCK）使用此方式。

下面分别详细说明两种方式的完整实现步骤，并以相同功能为例：实现一个命令MY_CMD_ECHO，用户空间发送一个字符串，内核回显该字符串。

一、Generic Netlink（推荐）

1. 定义命令、属性和family名称

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#include <net/genetlink.h>

/* 命令枚举 */
enum my_commands {
    MY_CMD_UNSPEC,      /* 必须有 */
    MY_CMD_ECHO,
    __MY_CMD_MAX,
};
#define MY_CMD_MAX (__MY_CMD_MAX - 1)

/* 属性枚举 */
enum my_attrs {
    MY_ATTR_UNSPEC,
    MY_ATTR_MSG,        /* 携带的字符串 */
    __MY_ATTR_MAX,
};
#define MY_ATTR_MAX (__MY_ATTR_MAX - 1)

/* family 定义 */
#define MY_FAMILY_NAME    "MYFAMILY"
#define MY_FAMILY_VERSION 1

2. 属性验证策略（推荐）

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static const struct nla_policy my_genl_policy[MY_ATTR_MAX + 1] = {
    [MY_ATTR_MSG] = { .type = NLA_STRING, .len = 256 }, /* 最大256字节字符串 */
};

3. 命令处理函数

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static int my_echo_doit(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info)
{
    struct sk_buff *rep;
    void *reply_hdr;
    char *msg;

    if (!info->attrs[MY_ATTR_MSG])
        return -EINVAL;

    msg = nla_data(info->attrs[MY_ATTR_MSG]);

    /* 分配回复skb */
    rep = genlmsg_new(NLMSG_GOODSIZE, GFP_KERNEL);
    if (!rep)
        return -ENOMEM;

    /* 开始构造回复消息 */
    reply_hdr = genlmsg_put_reply(rep, info, info->snd_portid, info->snd_seq, 
                                  info->nlhdr, 0, MY_CMD_ECHO);
    if (!reply_hdr)
        goto nla_put_failure;

    /* 把原消息回显回去 */
    if (nla_put_string(rep, MY_ATTR_MSG, msg))
        goto nla_put_failure;

    genlmsg_end(rep, reply_hdr);

    /* 单播发送回复 */
    return genlmsg_reply(rep, info);

nla_put_failure:
    genlmsg_cancel(rep, reply_hdr);
    kfree_skb(rep);
    return -EMSGSIZE;
}

4. 操作（ops）定义

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static const struct genl_ops my_genl_ops[] = {
    {
        .cmd    = MY_CMD_ECHO,
        .doit   = my_echo_doit,
        .policy = my_genl_policy,
        .flags  = GENL_CMD_CAP_DO,           /* 可选：需要CAP_NET_ADMIN用 GENL_ADMIN_PERM */
    },
};

5. family注册

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static struct genl_family my_genl_family = {
    .name      = MY_FAMILY_NAME,
    .version   = MY_FAMILY_VERSION,
    .maxattr   = MY_ATTR_MAX,
    .ops       = my_genl_ops,
    .n_ops     = ARRAY_SIZE(my_genl_ops),
    .module    = THIS_MODULE,
    /* .mcgrps = ... 如果需要多播组 */
};

static int __init my_genl_init(void)
{
    int ret = genl_register_family(&my_genl_family);
    if (ret) {
        pr_err("genl_register_family failed: %d\n", ret);
        return ret;
    }
    pr_info("MYFAMILY registered, family id: %d\n", my_genl_family.id);
    return 0;
}

static void __exit my_genl_exit(void)
{
    genl_unregister_family(&my_genl_family);
}

module_init(my_genl_init);
module_exit(my_genl_exit);

6. 用户空间调用方式（使用libnl）

复制代码

int family = genl_ctrl_resolve(sock, "MYFAMILY");  // 动态获取family id

struct nl_msg *msg = nlmsg_alloc();
genlmsg_put(msg, NL_AUTO_PORT, NL_AUTO_SEQ, family, 0, 0, MY_CMD_ECHO, MY_FAMILY_VERSION);
nla_put_string(msg, MY_ATTR_MSG, "Hello from userspace!");
nl_send_auto(sock, msg);

优点：无需修改uapi头文件、动态ID、支持多命令、多属性、权限控制、多播等现代特性。

二、原生Netlink（Legacy方式，不推荐新项目）

1. 定义协议号（需修改内核头文件）

在 include/uapi/linux/netlink.h 添加：

复制代码

#define NETLINK_MYPROTO  31   /* 找一个未使用的数字（最大31） */

注意：协议号0-31固定，超过需要修改MAX_LINKS。新内核不鼓励添加新协议。

2. 定义命令（通过nlmsg_type区分）

复制代码

enum my_netlink_commands {
    MY_NL_CMD_UNSPEC,
    MY_NL_CMD_ECHO,
    __MY_NL_CMD_MAX,
};

3. 消息接收处理函数

复制代码

static int my_netlink_rcv(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh, struct netlink_ext_ack *extack)
{
    char *msg;
    int len;
    struct sk_buff *rep;
    struct nlmsghdr *rep_nlh;

    if (nlh->nlmsg_type != MY_NL_CMD_ECHO)
        return -EINVAL;

    /* 解析payload（简单假设是null-terminated string） */
    msg = nlmsg_data(nlh);
    len = nlmsg_len(nlh);

    /* 分配回复 */
    rep = nlmsg_new(len, GFP_KERNEL);
    if (!rep)
        return -ENOMEM;

    rep_nlh = nlmsg_put(rep, NETLINK_CB(skb).portid, nlh->nlmsg_seq,
                        MY_NL_CMD_ECHO, len, 0);
    if (!rep_nlh) {
        kfree_skb(rep);
        return -EMSGSIZE;
    }

    memcpy(nlmsg_data(rep_nlh), msg, len);

    /* 发送单播回复 */
    netlink_unicast(nl_sk, rep, NETLINK_CB(skb).portid, 0);

    return 0;
}

static void my_netlink_rcv_skb(struct sk_buff *skb)
{
    netlink_rcv_skb(skb, &my_netlink_rcv);
}

4. 创建Netlink socket并注册

复制代码

static struct netlink_kernel_cfg my_nl_cfg = {
    .input = my_netlink_rcv_skb,
    /* .flags = NL_CFG_F_NONROOT_RECV 可选权限控制 */
};

static struct sock *nl_sk;

static int __init my_raw_init(void)
{
    nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, NETLINK_MYPROTO, &my_nl_cfg);
    if (!nl_sk) {
        pr_err("netlink_kernel_create failed\n");
        return -ENOMEM;
    }
    pr_info("Raw netlink MYPROTO created\n");
    return 0;
}

static void __exit my_raw_exit(void)
{
    netlink_kernel_release(nl_sk);
}

module_init(my_raw_init);
module_exit(my_raw_exit);

5. 用户空间调用（原始socket）

复制代码

int sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_MYPROTO);

struct nlmsghdr *nlh = ...;
nlh->nlmsg_type = MY_NL_CMD_ECHO;
strcpy(NLMSG_DATA(nlh), "Hello");

send(sock, nlh, nlh->nlmsg_len, 0);

缺点：

需要修改uapi头文件（难以进入主线）
协议号固定且稀缺
没有内置属性解析（需手动解析TLV）
权限、多播等功能支持较弱
已被Generic Netlink取代

总结对比

特性	Generic Netlink (推荐)	原生Netlink (Legacy)
是否需要修改uapi头	否	是（添加NETLINK_XXX）
family ID分配	动态分配	固定协议号
属性解析	内置nla_* API + policy验证	手动解析
多命令支持	自然支持（genl_ops数组）	通过nlmsg_type手动区分
权限控制	支持GENL_ADMIN_PERM等	有限
多播组	支持	支持但较复杂
现代子系统使用情况	绝大多数（如nl80211、mac80211）	极少数旧协议（如route）
推荐程度	强烈推荐新开发	不推荐，仅维护旧代码