2026-09-06

10 Netlink 内核-用户通信机制与实现详解

1. 概述

Netlink 是 Linux 内核与用户态之间的 配置与事件总线，对应协议族 PF_NETLINK（socket(AF_NETLINK, SOCK_DGRAM, protocol)）。它不承载 IP 数据面流量，而是承载 路由、链路、防火墙、无线、审计 等控制消息。

项目	说明
实现目录	`net/netlink/`（7 文件）
头文件	`include/linux/netlink.h`、`include/uapi/linux/netlink.h`
系统调用入口	`net/socket.c`（`sendmsg`/`recvmsg` 分发给 `netlink_ops`）
与数据面	与 NAPI/收包路径正交；配置网卡/路由后影响数据面行为

1.1 目录与编译单元

net/netlink/
├── af_netlink.c    # 核心：socket、单播/组播、dump、ACK、nl_table
├── af_netlink.h    # netlink_sock、netlink_table（内部）
├── genetlink.c     # Generic Netlink：family 注册与分发
├── policy.c        # nla_policy 序列化导出
├── diag.c          # CONFIG_NETLINK_DIAG
├── Makefile
└── Kconfig

Makefile：obj-y := af_netlink.o genetlink.o policy.o

2. 架构总览

2.1 两类 Netlink

类型	protocol 常量	典型用途	内核注册
固定协议	`NETLINK_ROUTE`(0)、`NETLINK_NETFILTER`(12) 等	rtnetlink、nfnetlink	`netlink_kernel_create()` + `cfg.input`
Generic Netlink	`NETLINK_GENERIC`(16)	nl80211、tipc、ovs	`genl_register_family()`

固定协议号有限；新子系统普遍走 genetlink，在 NETLINK_GENERIC 上再分 family id + cmd。

3. 核心数据结构

3.1 `struct netlink_sock`（`af_netlink.h`）

在 struct sock 之上扩展：

struct netlink_sock {
	struct sock         sk;           /* 必须是第一个成员 */
	unsigned long       flags;        /* NETLINK_F_* */
	u32                 portid;       /* 本 socket 端口（类 PID） */
	u32                 dst_portid;   /* connect 后的默认目标 */
	u32                 dst_group;    /* connect 后的默认组播组 */
	u32                 subscriptions;
	u32                 ngroups;
	unsigned long       *groups;      /* 订阅的组播位图 */
	void                (*netlink_rcv)(struct sk_buff *skb);  /* 内核 socket 收包回调 */
	int                 (*netlink_bind)(struct net *, int group);
	struct netlink_callback cb;       /* dump 状态 */
	bool                cb_running;
	/* ... */
};

用户态 socket：netlink_rcv == NULL，消息入 sk_receive_queue，由 recvmsg 读出。
内核 socket：netlink_rcv 指向如 rtnetlink_rcv、genl_rcv，在 netlink_unicast 中同步调用。

3.2 `nl_table[MAX_LINKS]`

全局表，每个 protocol 号一项：

字段	作用
`hash`	`rhashtable`，按 `(netns, portid)` 查找 socket
`mc_list`	已 bind 组播的 socket 链表
`listeners`	内核侧组播监听者位图
`registered`	该协议是否已由内核模块注册
`module` / `cb_mutex` / `bind` / `unbind`	模块引用与 per-protocol 锁

查找用 RCU；插入/删除用 nl_table_lock + per-bucket 锁。

3.3 消息格式：`nlmsghdr` + 载荷

struct nlmsghdr {
	__u32 nlmsg_len;    /* 含头部的总长度 */
	__u16 nlmsg_type;   /* 消息类型 / genl family id */
	__u16 nlmsg_flags;  /* NLM_F_REQUEST, NLM_F_MULTI, NLM_F_ACK ... */
	__u32 nlmsg_seq;
	__u32 nlmsg_pid;    /* 发送方 portid */
};

skb 的 NETLINK_CB(skb)（struct netlink_skb_parms）携带路由元数据：portid、dst_group、creds 等。

Generic Netlink 在 nlmsghdr 后还有 genlmsghdr（cmd、version），属性区用 NLA（struct nlattr）。

4. 初始化与挂接

4.1 `netlink_proto_init()`（`core_initcall`）

af_netlink.c 启动时：

proto_register(&netlink_proto)
nl_table = kcalloc(MAX_LINKS, ...)，每表项初始化 rhashtable
netlink_add_usersock_entry() — 预注册 NETLINK_USERSOCK
sock_register(&netlink_family_ops) — 挂到 socket.c 的 net_families[PF_NETLINK]
register_pernet_subsys — 每 netns 的 /proc/net/netlink
rtnetlink_init() — 在 net/core/rtnetlink.c 注册 NETLINK_ROUTE

4.2 用户态创建 socket

socket(AF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_ROUTE)
  → socket.c __sock_create()
  → netlink_create()           # 检查 nl_table[protocol].registered
  → __netlink_create()         # sk_alloc(netlink_sock)、设置 netlink_ops

netlink_create() 若协议未注册，可 request_module("net-pf-16-proto-N") 加载对应模块。

4.3 内核创建监听 socket

struct netlink_kernel_cfg cfg = {
	.groups   = RTNLGRP_MAX,
	.input    = rtnetlink_rcv,      /* 收包回调 */
	.cb_mutex = &rtnl_mutex,
	.flags    = NL_CFG_F_NONROOT_RECV,
	.bind     = rtnetlink_bind,
};
sk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_ROUTE, &cfg);

__netlink_kernel_create() 会：创建内核 socket、设置 NETLINK_F_KERNEL_SOCKET、netlink_insert(sk, 0)、填充 nl_table[unit]。

5. 用户态 → 内核（发送路径）

5.1 `netlink_sendmsg()`

从 msg_name（struct sockaddr_nl）或 connect() 缓存取 dst_portid、dst_group
未 bind → netlink_autobind() 分配 portid 并插入 hash
netlink_alloc_large_skb() 分配 skb，用户数据 memcpy_from_msg
security_netlink_send() LSM 检查
有 dst_group → netlink_broadcast()；否则 netlink_unicast()

5.2 `netlink_unicast()` 分支

netlink_getsockbyportid(ssk, portid)
  ├─ 目标为内核 socket → netlink_unicast_kernel()
  │     └─ nlk->netlink_rcv(skb)    # 如 rtnetlink_rcv / genl_rcv
  └─ 目标为用户 socket → netlink_sendskb()  # 入接收队列

5.3 `netlink_rcv_skb()` — 统一解析入口

内核 handler 普遍通过此函数处理 一个 skb 内多条消息：

while (skb->len >= nlmsg_total_size(0)) {
	nlh = nlmsg_hdr(skb);
	if (!(nlh->nlmsg_flags & NLM_F_REQUEST))
		goto ack;                    /* 非请求跳过处理 */
	if (nlh->nlmsg_type < NLMSG_MIN_TYPE)
		goto ack;                    /* 控制消息 */
	err = cb(skb, nlh, &extack);     /* 子系统回调 */
	if (nlh->nlmsg_flags & NLM_F_ACK || err)
		netlink_ack(skb, nlh, err, &extack);
	skb_pull(skb, NLMSG_ALIGN(nlh->nlmsg_len));
}

仅带 NLM_F_REQUEST 的消息由内核处理；需要确认时发 netlink_ack()（含扩展 ACK TLV）。

6. 内核 → 用户态（接收/通知）

API	用途
`netlink_unicast(ssk, skb, portid, nonblock)`	单播到指定 portid
`netlink_broadcast(ssk, skb, portid, group, gfp)`	组播到订阅 `group` 的 socket
`nlmsg_notify(sk, skb, portid, group, report, flags)`	组播 + 可选单播回执

netlink_broadcast() 遍历 nl_table[protocol].mc_list，对 nlk->groups 中对应 bit 已置位的 socket 调用 netlink_broadcast_deliver()。

用户态 netlink_recvmsg()：

skb_recv_datagram() 取 skb
拷贝数据到用户缓冲区
填充 sockaddr_nl（来源 portid、组）
若 cb_running 且接收缓冲有空 → 触发 netlink_dump() 继续 dump

7. Dump 机制（大数据量查询）

ip link、RTM_GETLINK 等不会一次返回全部条目：

要点：

__netlink_dump_start() 设置 nlk->cb 与 cb->dump 回调
每次 recvmsg 可能触发 netlink_dump()，按用户 max_recvmsg_len 分配 skb
结束发 NLMSG_DONE（netlink_dump_done()）
dump 期间持有 per-protocol cb_mutex（如 rtnl_mutex）

8. Generic Netlink（`genetlink.c`）

8.1 动机

固定 NETLINK_* 协议号不够用；
需要统一的 family / cmd / attribute 模型与动态注册。

8.2 初始化

// genl_pernet_init
net->genl_sock = netlink_kernel_create(net, NETLINK_GENERIC, &cfg);
// cfg.input = genl_rcv

// genl_init
genl_register_family(&genl_ctrl);   /* 控制器 family */

8.3 收包分发

genl_rcv(skb)
  → netlink_rcv_skb(skb, genl_rcv_msg)
  → family = genl_family_find_byid(nlh->nlmsg_type)
  → genl_family_rcv_msg()
       ├─ op.dumpit → genl_family_rcv_msg_dumpit
       └─ op.doit   → genl_family_rcv_msg_doit

8.4 子系统注册

static struct genl_family nl80211_fam = {
	.name    = NL80211_GENL_NAME,
	.ops     = nl80211_ops,
	.n_ops   = ...,
	.mcgrps  = nl80211_mcgrps,
	/* ... */
};
genl_register_family(&nl80211_fam);

genl_register_family()：校验 ops → idr_alloc 分配 family id → 分配组播组 → 向 genl_ctrl 发 CTRL_CMD_NEWFAMILY 事件。

控制器查询：用户态 GENL_ID_CTRL + CTRL_CMD_GETFAMILY 可发现已注册 family 与 ops。

9. 固定协议示例：rtnetlink

实现于 net/core/rtnetlink.c（非 net/netlink/ 目录，但建立在 netlink 框架上）：

消息	工具对应	作用
`RTM_NEWLINK` / `RTM_DELLINK`	`ip link`	接口增删改
`RTM_NEWADDR` / `RTM_DELADDR`	`ip addr`	地址
`RTM_NEWROUTE` / `RTM_DELROUTE`	`ip route`	路由
`RTM_NEWNEIGH`	`ip neigh`	邻居

1 2	sk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_ROUTE, &cfg); net->rtnl = sk;

rtnetlink_rcv → netlink_rcv_skb → 各 rtnl_* 处理函数；变更通过 RTMGRP_* 组播 通知监听者。

10. 其它 netlink 文件

文件	作用
policy.c	`netlink_policy_dump_*`：将内核 `nla_policy` 导出给用户态查询
diag.c	`CONFIG_NETLINK_DIAG`：通过 sock_diag 导出 netlink socket 状态
af_netlink.c	`/proc/net/netlink`、BPF iter、netlink tap、notifier

10.1 常见 protocol 号（节选）

常量	值	模块/用途
`NETLINK_ROUTE`	0	rtnetlink
`NETLINK_USERSOCK`	2	用户自定义
`NETLINK_SOCK_DIAG`	4	socket 诊断
`NETLINK_NETFILTER`	12	nfnetlink
`NETLINK_GENERIC`	16	genetlink
`NETLINK_KOBJECT_UEVENT`	15	udev 热插拔

完整列表见 include/uapi/linux/netlink.h。

11. 与 `socket.c` 的分工

层次	文件	职责
系统调用	`net/socket.c`	`socket`、`bind`、`sendmsg`、`recvmsg`；`sock_register` 分发表
Netlink 协议	`net/netlink/af_netlink.c`	`netlink_ops`、portid、组播、内核 socket、dump、ACK
业务语义	`rtnetlink.c`、`nl80211.c`、`nfnetlink.c` 等	具体消息类型与属性解析

netlink_ops 注册的操作（节选）：

.sendmsg = netlink_sendmsg,
.recvmsg = netlink_recvmsg,
.bind    = netlink_bind,
.connect = netlink_connect,

12. RK3588 使用场景

Netlink 为上游通用实现，无 Rockchip 专属补丁于 net/netlink/。RK3588 板上典型用法：

场景	协议	用户态工具
以太网 UP/DOWN、IP	`NETLINK_ROUTE`	`ip link` / `ip addr`
路由	`NETLINK_ROUTE`	`ip route`
WiFi 扫描/连接	`NETLINK_GENERIC` + nl80211	`iw`、`wpa_supplicant`
防火墙	`NETLINK_NETFILTER`	`nft`
设备热插拔	`NETLINK_KOBJECT_UEVENT`	`udev`
接口统计/诊断	`NETLINK_SOCK_DIAG`	`ss -x` 等

调试 netlink 可用：strace -e sendmsg,recvmsg ip link show、nlmon（抓 netlink 包）、/proc/net/netlink。

13. 源码索引

内容	路径
socket 族注册	`net/netlink/af_netlink.c`：`netlink_proto_init`、`netlink_ops`
内核 socket 创建	`__netlink_kernel_create`
单播/组播	`netlink_unicast`、`netlink_broadcast`
消息解析	`netlink_rcv_skb`、`netlink_ack`
dump	`netlink_dump`、`__netlink_dump_start`
Generic Netlink	`net/netlink/genetlink.c`
rtnetlink	`net/core/rtnetlink.c`
UAPI	`include/uapi/linux/netlink.h`、`rtnetlink.h`、`genetlink.h`

14. 相关文档

01-net-core核心机制与实现详解.md — rtnetlink、sock 分层
06-二层桥接无线与socket族机制与实现详解.md — nl80211
04-netfilter与包过滤机制与实现详解.md — nfnetlink
09-NAPI收包轮询机制与实现详解.md — 数据面收包（与 netlink 正交）

15. 小结

问题	答案
Netlink 是什么？	内核与用户态的二进制配置/事件总线（`PF_NETLINK`）
核心实现在哪？	`net/netlink/af_netlink.c` + `genetlink.c`
用户发消息怎么走？	`sendmsg` → `netlink_unicast` → 内核 `netlink_rcv` 或用户队列
和 rtnetlink 关系？	rtnetlink 是 `NETLINK_ROUTE` 上的业务协议
和 genetlink 关系？	genetlink 是 `NETLINK_GENERIC` 上的可扩展 family 框架
与 NAPI 关系？	无直接关系；netlink 管控制面，NAPI 管收包数据面

文章互动

阅读 --

留言

0 条留言

正在加载留言…

fishBlog

专注嵌入式开发

10 Netlink 内核-用户通信机制与实现详解

10 Netlink 内核-用户通信机制与实现详解

1. 概述

1.1 目录与编译单元

2. 架构总览

2.1 两类 Netlink

3. 核心数据结构

3.1 `struct netlink_sock`（`af_netlink.h`）

3.2 `nl_table[MAX_LINKS]`

3.3 消息格式：`nlmsghdr` + 载荷

4. 初始化与挂接

4.1 `netlink_proto_init()`（`core_initcall`）

4.2 用户态创建 socket

4.3 内核创建监听 socket

5. 用户态 → 内核（发送路径）

5.1 `netlink_sendmsg()`

5.2 `netlink_unicast()` 分支

5.3 `netlink_rcv_skb()` — 统一解析入口

6. 内核 → 用户态（接收/通知）

7. Dump 机制（大数据量查询）

8. Generic Netlink（`genetlink.c`）

8.1 动机

8.2 初始化

8.3 收包分发

8.4 子系统注册

9. 固定协议示例：rtnetlink

10. 其它 netlink 文件

10.1 常见 protocol 号（节选）

11. 与 `socket.c` 的分工

12. RK3588 使用场景

13. 源码索引

14. 相关文档

15. 小结

文章互动

留言

10 Netlink 内核-用户通信机制与实现详解

1. 概述

1.1 目录与编译单元

2. 架构总览

2.1 两类 Netlink

3. 核心数据结构

3.1 struct netlink_sock（af_netlink.h）

3.2 nl_table[MAX_LINKS]

3.3 消息格式：nlmsghdr + 载荷

4. 初始化与挂接

4.1 netlink_proto_init()（core_initcall）

4.2 用户态创建 socket

4.3 内核创建监听 socket

5. 用户态 → 内核（发送路径）

5.1 netlink_sendmsg()

5.2 netlink_unicast() 分支

5.3 netlink_rcv_skb() — 统一解析入口

6. 内核 → 用户态（接收/通知）

7. Dump 机制（大数据量查询）

8. Generic Netlink（genetlink.c）

8.1 动机

8.2 初始化

8.3 收包分发

8.4 子系统注册

9. 固定协议示例：rtnetlink

10. 其它 netlink 文件

10.1 常见 protocol 号（节选）

11. 与 socket.c 的分工

12. RK3588 使用场景

13. 源码索引

14. 相关文档

15. 小结

文章互动

留言

3.1 `struct netlink_sock`（`af_netlink.h`）

3.2 `nl_table[MAX_LINKS]`

3.3 消息格式：`nlmsghdr` + 载荷

4.1 `netlink_proto_init()`（`core_initcall`）

5.1 `netlink_sendmsg()`

5.2 `netlink_unicast()` 分支

5.3 `netlink_rcv_skb()` — 统一解析入口

8. Generic Netlink（`genetlink.c`）

11. 与 `socket.c` 的分工