在 Linux 2.4 版以後版本的內核中，幾乎全部的中斷過程與用戶態進程的通信都是使
用 netlink 套接字實現的，例如iprote2網絡管理工具，它與內核的交互就全部使用了netlink，著名的內核包過濾框架
Netfilter在與用戶空間的通讀，也在最新版本中改變爲netlink，無疑，它將是Linux用戶態與內核態交流的主要方法之一。它的通信依據是
一個對應於進程的標識，一般定爲該進程的 ID。當通信的一端處於中斷過程時，該標識爲 0。當使用 netlink 套接字進行通信，通信的雙方都是用
戶態進程，則使用方法類似於消息隊列。但通信雙方有一端是中斷過程，使用方法則不同。netlink 套接字的最大特點是對中斷過程的支持，它在內核空間
接收用戶空間數據時不再需要用戶自行啓動一個內核線程，而是通過另一個軟中斷調用用戶事先指定的接收函數。工作原理如圖：
如圖所示，這裏使用了軟中斷而不是內核線程來接收數據，這樣就可以保證數據接收的實時性。
當 netlink 套接字用於內核空間與用戶空間的通信時，在用戶空間的創建方法和一般套接字使用類似，但內核空間的創建方法則不同，下圖是 netlink 套接字實現此類通信時創建的過程：
用戶空間
用戶態應用使用標準的socket與內核通訊，標準的socket API 的函數， socket(), bind(), sendmsg(), recvmsg() 和 close()很容易地應用到 netlink socket。
爲了創建一個 netlink socket，用戶需要使用如下參數調用 socket():
socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, netlink_type)
netlink對應的協議簇是 AF_NETLINK，第二個參數必須是SOCK_RAW或SOCK_DGRAM， 第三個參數指定netlink協議類型，它可以是一個自定義的類型，也可以使用內核預定義的類型：
#define NETLINK_ROUTE 0 /* Routing/device hook */#define NETLINK_GENERIC 16
#define NETLINK_W1 1 /* 1-wire subsystem */
#define NETLINK_USERSOCK 2 /* Reserved for user mode socket protocols */
#define NETLINK_FIREWALL 3 /* Firewalling hook */
#define NETLINK_INET_DIAG 4 /* INET socket monitoring */
#define NETLINK_NFLOG 5 /* netfilter/iptables ULOG */
#define NETLINK_XFRM 6 /* ipsec */
#define NETLINK_SELINUX 7 /* SELinux event notifications */
#define NETLINK_ISCSI 8 /* Open-iSCSI */
#define NETLINK_AUDIT 9 /* auditing */
#define NETLINK_FIB_LOOKUP 10
#define NETLINK_CONNECTOR 11
#define NETLINK_NETFILTER 12 /* netfilter subsystem */
#define NETLINK_IP6_FW 13
#define NETLINK_DNRTMSG 14 /* DECnet routing messages */
#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT 15 /* Kernel messages to userspace */
同樣地，socket函數返回的套接字，可以交給bind等函數調用：
static int skfd;
skfd = socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, NL_IMP2);
if(skfd < 0)
{
printf("can not create a netlink socket/n");
exit(0);
}
bind函數需要綁定協議地址，netlink的socket地址使用struct sockaddr_nl結構描述：
struct sockaddr_nl
{
sa_family_t nl_family;
unsigned short nl_pad;
__u32 nl_pid;
__u32 nl_groups;
};
成員 nl_family爲協議簇 AF_NETLINK，成員 nl_pad 當前沒有使用，因此要總是設置爲 0，成員 nl_pid 爲接 收或發送消息的進程的 ID，如果希望內核處理消息或多播消息，就把該字段設置爲 0，否則設置爲處理消息的進程 ID。成員 nl_groups 用於 指定多播組，bind 函數用於把調用進程加入到該字段指定的多播組，如果設置爲 0，表示調用者不加入任何多播組：
struct sockaddr_nl local;
memset(&local, 0, sizeof(local));
local.nl_family = AF_NETLINK;
local.nl_pid = getpid(); /*設置pid爲自己的pid值*/
local.nl_groups = 0;
/*綁定套接字*/
if(bind(skfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) != 0)
{
printf("bind() error/n");
return -1;
}
用戶空間可以調用send函數簇向內核發送消息，如sendto、sendmsg等，同樣地，也可以使用struct sockaddr_nl來描述一個對端地址，以待send函數來調用，與本地地址稍不同的是，因爲對端爲內核，所以nl_pid成員需要設置爲0：
struct sockaddr_nl kpeer;
memset(&kpeer, 0, sizeof(kpeer));
kpeer.nl_family = AF_NETLINK;
kpeer.nl_pid = 0;
kpeer.nl_groups = 0;
另一個問題就是發內核發送的消息的組成，使用我們發送一個IP網絡數據包的話，則數據包結構爲“IP包頭+IP數據”，同樣地，netlink的消息結構是“netlink消息頭部+數據”。Netlink消息頭部使用struct nlmsghdr結構來描述：
struct nlmsghdr
{
__u32 nlmsg_len; /* Length of message */
__u16 nlmsg_type; /* Message type*/
__u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */
__u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */
__u32 nlmsg_pid; /* Sending process PID */
};
字段 nlmsg_len 指定消息的總長度，包括緊跟該結構的數據部分長度以及該結構的大小，一般地，我們使用netlink提供的宏NLMSG_LENGTH來計算這個長度，僅需向NLMSG_LENGTH宏提供要發送的數據的長度，它會自動計算對齊後的總長度：
/*計算包含報頭的數據報長度*/
#define NLMSG_LENGTH(len) ((len)+NLMSG_ALIGN(sizeof(struct nlmsghdr)))
/*字節對齊*/
#define NLMSG_ALIGN(len) ( ((len)+NLMSG_ALIGNTO-1) & ~(NLMSG_ALIGNTO-1) )
後面還可以看到很多netlink提供的宏，這些宏可以爲我們編寫netlink宏提供很大的方便。
字段 nlmsg_type 用於應用內部定義消息的類型，它對 netlink 內核實現是透明的，因此大部分情況下設置爲 0，字 段 nlmsg_flags 用於設置消息標誌，對於一般的使用，用戶把它設置爲 0 就可以，只是一些高級應用（如 netfilter 和路 由 daemon 需要它進行一些複雜的操作），字段 nlmsg_seq 和 nlmsg_pid 用於應用追蹤消息，前者表示順序號，後者爲消息來源 進程 ID。
struct msg_to_kernel /*自定義消息首部，它僅包含了netlink的消息首部*/
{
struct nlmsghdr hdr;
};
struct msg_to_kernel message;
memset(&message, 0, sizeof(message));
message.hdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(0); /*計算消息，因爲這裏只是發送一個請求消息，沒有多餘的數據，所以，數據長度爲0*/
message.hdr.nlmsg_flags = 0;
message.hdr.nlmsg_type = IMP2_U_PID; /*設置自定義消息類型*/
message.hdr.nlmsg_pid = local.nl_pid; /*設置發送者的PID*/
這樣，有了本地地址、對端地址和發送的數據，就可以調用發送函數將消息發送給內核了：
/*發送一個請求*/
sendto(skfd, &message, message.hdr.nlmsg_len, 0,
(struct sockaddr*)&kpeer, sizeof(kpeer));
當發送完請求後，就可以調用recv函數簇從內核接收數據了，接收到的數據包含了netlink消息首部和要傳輸的數據：
/*接收的數據包含了netlink消息首部和自定義數據結構*/
struct u_packet_info
{
struct nlmsghdr hdr;
struct packet_info icmp_info;
};
struct u_packet_info info;
while(1)
{
kpeerlen = sizeof(struct sockaddr_nl);
/*接收內核空間返回的數據*/
rcvlen = recvfrom(skfd, &info, sizeof(struct u_packet_info),
0, (struct sockaddr*)&kpeer, &kpeerlen);
/*處理接收到的數據*/
……
}
同樣地，函數close用於關閉打開的netlink socket。程序中，因爲程序一直循環接收處理內核的消息，需要收到用戶的關閉信號纔會退出，所以關閉套接字的工作放在了自定義的信號函數sig_int中處理：
/*這個信號函數，處理一些程序退出時的動作*/
static void sig_int(int signo)
{
struct sockaddr_nl kpeer;
struct msg_to_kernel message;
memset(&kpeer, 0, sizeof(kpeer));
kpeer.nl_family = AF_NETLINK;
kpeer.nl_pid = 0;
kpeer.nl_groups = 0;
memset(&message, 0, sizeof(message));
message.hdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(0);
message.hdr.nlmsg_flags = 0;
message.hdr.nlmsg_type = IMP2_CLOSE;
message.hdr.nlmsg_pid = getpid();
/*向內核發送一個消息，由nlmsg_type表明，應用程序將關閉*/
sendto(skfd, &message, message.hdr.nlmsg_len, 0, (struct sockaddr *)(&kpeer), sizeof(kpeer));
close(skfd);
exit(0);
}
這個結束函數中，向內核發送一個“我已經退出了”的消息，然後調用close函數關閉netlink套接字，退出程序。
內核空間
與應用程序內核，內核空間也主要完成三件工作：
1 創建netlink套接字
2 接收處理用戶空間發送的數據
3 發送數據至用戶空間
API函數netlink_kernel_create用於創建一個netlink socket，同時，註冊一個回調函數，用於接收處理用戶空間的消息：
struct sock *
netlink_kernel_create(int unit, void (*input)(struct sock *sk, int len));
參數unit表示netlink協議類型，如NL_IMP2，參數input則爲內核模塊定義的netlink消息處理函數，當有消息到達這個 netlink socket時，該input函數指針就會被引用。函數指針input的參數sk實際上就是函數 netlink_kernel_create返回的struct sock指針，sock實際是socket的一個內核表示數據結構，用戶態應用創建的 socket在內核中也會有一個struct sock結構來表示。
static struct sock *nlfd;
struct
{
__u32 pid;
rwlock_t lock;
}user_proc;
/*掛接在 netfilter 框架的 NF_IP_PRE_ROUTING 點上的函數爲 get_icmp()*/
static int __init init(void)
{
rwlock_init(&user_proc.lock); /*初始化讀寫鎖*/
/*創建一個netlink socket，協議類型是自定義的ML_IMP2，kernel_reveive爲接受處理函數*/
nlfd = netlink_kernel_create(NL_IMP2, kernel_receive);
if(!nlfd) /*創建失敗*/
{
printk("can not create a netlink socket/n");
return -1;
}
/*註冊一個Netfilter 鉤子*/
return nf_register_hook(&imp2_ops);
}
module_init(init);
用戶空間向內核發送了兩種自定義消息類型：IMP2_U_PID和IMP2_CLOSE，分別是請求和關閉。kernel_receive 函數分別處理這兩種消息：
DECLARE_MUTEX(receive_sem); /*初始化信號量*/
static void kernel_receive(struct sock *sk, int len)
{
do
{
struct sk_buff *skb;
if(down_trylock(&receive_sem)) /*獲取信號量*/
return;
/*從接收隊列中取得skb，然後進行一些基本的長度的合法性校驗*/
while((skb = skb_dequeue(&sk->receive_queue)) != NULL)
{
{
struct nlmsghdr *nlh = NULL;
if(skb->len >= sizeof(struct nlmsghdr))
{
/*獲取數據中的nlmsghdr 結構的報頭*/
nlh = (struct nlmsghdr *)skb->data;
if((nlh->nlmsg_len >= sizeof(struct nlmsghdr))
&& (skb->len >= nlh->nlmsg_len))
{
/*長度的全法性校驗完成後，處理應用程序自定義消息類型，主要是對用戶PID的保存，即爲內核保存“把消息發送給誰”*/
if(nlh->nlmsg_type == IMP2_U_PID) /*請求*/
{
write_lock_bh(&user_proc.pid);
user_proc.pid = nlh->nlmsg_pid;
write_unlock_bh(&user_proc.pid);
}
else if(nlh->nlmsg_type == IMP2_CLOSE) /*應用程序關閉*/
{
write_lock_bh(&user_proc.pid);
if(nlh->nlmsg_pid == user_proc.pid)
user_proc.pid = 0;
write_unlock_bh(&user_proc.pid);
}
}
}
}
kfree_skb(skb);
}
up(&receive_sem); /*返回信號量*/
}while(nlfd && nlfd->receive_queue.qlen);
}
因爲內核模塊可能同時被多個進程同時調用，所以函數中使用了信號量和鎖來進行互斥。skb = skb_dequeue(&sk-& gt;receive_queue)用於取得socket sk的接收隊列上的消息，返回爲一個struct sk_buff的結 構，skb->data指向實際的netlink消息。
程序中註冊了一個Netfilter鉤子，鉤子函數是get_icmp，它截獲ICMP數據包，然後調用send_to_user函數將數據發送 給應用空間進程。發送的數據是info結構變量，它是struct packet_info結構，這個結構包含了來源/目的地址兩個成員。 Netfilter Hook不是本文描述的重點，略過。
send_to_user 用於將數據發送給用戶空間進程，發送調用的是API函數netlink_unicast 完成的：
int netlink_unicast(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 pid, int nonblock);
參數sk爲函數netlink_kernel_create()返回的套接字，參數skb存放待發送的消息，它的data字段指向要發送的 netlink消息結構，而skb的控制塊保存了消息的地址信息， 參數pid爲接收消息進程的pid，參數nonblock表示該函數是否爲非阻塞，如 果爲1，該函數將在沒有接收緩存可利用時立即返回，而如果爲0，該函數在沒有接收緩存可利用時睡眠。
向用戶空間進程發送的消息包含三個部份：netlink 消息頭部、數據部份和控制字段，控制字段包含了內核發送netlink消息時，需要設 置的目標地址與源地址，內核中消息是通過sk_buff來管理的， linux/netlink.h中定義了NETLINK_CB宏來方便消息的地址設 置：
#define NETLINK_CB(skb) (*(struct netlink_skb_parms*)&((skb)->cb))
例如：
NETLINK_CB(skb).pid = 0;
NETLINK_CB(skb).dst_pid = 0;
NETLINK_CB(skb).dst_group = 1;
字段pid表示消息發送者進程ID，也即源地址，對於內核，它爲 0， dst_pid 表示消息接收者進程 ID，也即目標地址，如果目標爲組 或內核，它設置爲 0，否則 dst_group 表示目標組地址，如果它目標爲某一進程或內核，dst_group 應當設置爲 0。
static int send_to_user(struct packet_info *info)
{
int ret;
int size;
unsigned char *old_tail;
struct sk_buff *skb;
struct nlmsghdr *nlh;
struct packet_info *packet;
/*計算消息總長：消息首部加上數據加度*/
size = NLMSG_SPACE(sizeof(*info));
/*分配一個新的套接字緩存*/
skb = alloc_skb(size, GFP_ATOMIC);
old_tail = skb->tail;
/*初始化一個netlink消息首部*/
nlh = NLMSG_PUT(skb, 0, 0, IMP2_K_MSG, size-sizeof(*nlh));
/*跳過消息首部，指向數據區*/
packet = NLMSG_DATA(nlh);
/*初始化數據區*/
memset(packet, 0, sizeof(struct packet_info));
/*填充待發送的數據*/
packet->src = info->src;
packet->dest = info->dest;
/*計算skb兩次長度之差，即netlink的長度總和*/
nlh->nlmsg_len = skb->tail - old_tail;
/*設置控制字段*/
NETLINK_CB(skb).dst_groups = 0;
/*發送數據*/
read_lock_bh(&user_proc.lock);
ret = netlink_unicast(nlfd, skb, user_proc.pid, MSG_DONTWAIT);
read_unlock_bh(&user_proc.lock);
}
函數初始化netlink 消息首部，填充數據區，然後設置控制字段，這三部份都包含在skb_buff中，最後調用netlink_unicast函數把數據發送出去。
函數中調用了netlink的一個重要的宏NLMSG_PUT，它用於初始化netlink 消息首部：
#define NLMSG_PUT(skb, pid, seq, type, len) /
({ if (skb_tailroom(skb) < (int)NLMSG_SPACE(len)) goto nlmsg_failure; /
__nlmsg_put(skb, pid, seq, type, len); })
static __inline__ struct nlmsghdr *
__nlmsg_put(struct sk_buff *skb, u32 pid, u32 seq, int type, int len)
{
struct nlmsghdr *nlh;
int size = NLMSG_LENGTH(len);
nlh = (struct nlmsghdr*)skb_put(skb, NLMSG_ALIGN(size));
nlh->nlmsg_type = type;
nlh->nlmsg_len = size;
nlh->nlmsg_flags = 0;
nlh->nlmsg_pid = pid;
nlh->nlmsg_seq = seq;
return nlh;
}
這個宏一個需要注意的地方是調用了nlmsg_failure標籤，所以在程序中應該定義這個標籤。
在內核中使用函數sock_release來釋放函數netlink_kernel_create()創建的netlink socket：
void sock_release(struct socket * sock);
程序在退出模塊中釋放netlink sockets和netfilter hook：
static void __exit fini(void)
{
if(nlfd)
{
sock_release(nlfd->socket); /*釋放netlink socket*/
}
nf_unregister_hook(&imp2_ops); /*撤鎖netfilter 鉤子*/
}