1. 什么是 Netlink
　　什么是Netlink？Netlink是linux提供的用于内核和用户态进程之间的通信方式。但是注意虽然Netlink主要用于用户空间和内核空间的通信，但是也能用于用户空间的两个进程通信。只是进程间通信有其他很多方式，一般不用Netlink。除非需要用到Netlink的广播特性时。
　　那么Netlink有什么优势呢？一般来说用户空间和内核空间的通信方式有三种：/proc、ioctl、Netlink。而前两种都是单向的，但是Netlink可以实现双工通信。
　　Netlink协议基于BSD socket和AF_NETLINK地址簇(address family)，使用32位的端口号寻址(以前称作PID)，每个Netlink协议(或称作总线，man手册中则称之为netlink family)，通常与一个或一组内核服务/组件相关联，如NETLINK_ROUTE用于获取和设置路由与链路信息、NETLINK_KOBJECT_UEVENT用于内核向用户空间的udev进程发送通知等。netlink具有以下特点：
　　① 支持全双工、异步通信(当然同步也支持)
　　② 用户空间可使用标准的BSD socket接口(但netlink并没有屏蔽掉协议包的构造与解析过程，推荐使用libnl等第三方库)
　　③ 在内核空间使用专用的内核API接口
　　④ 支持多播(因此支持“总线”式通信，可实现消息订阅)
　　⑤ 在内核端可用于进程上下文与中断上下文
　　如何学习Netlink？我觉得好的方式是将Netlink和UDP socket对比学习。因为他们真的很对地方相似。AF_NETLINK和AF_INET对应，是一个协议族，而NETLINK_ROUTE、NETLINK_GENERIC这些是协议，对应于UDP。
　　那么我们主要关注Netlink和UDP socket之间的不同点，其中重要的一点是：使用UDP socket发送数据包时，用户无需构造UDP数据包的包头，内核协议栈会根据原、目的地址（sockaddr_in）填充头部信息。但是Netlink需要我们自己构造一个包头（这个包头有什么用，我们后面再说）。
　　一般我们使用Netlink都要指定一个协议，我们可以使用内核为我们预留的NETLINK_GENERIC（定义在linux/netlink.h中），也可以使用我们自定义的协议，其实是定义一个内核还没有占用的数字。下面我们用NETLINK_TEST做为我们定义的协议写一个例子（注意：自定义协议不一定非要添加到linux/netlink.h中，只要用户态和内核态代码都能找到该定义行）。我们知道使用UDP发送报文有两种方式：sendto和sendmsg，同样Netlink也支持这两种方式。下面先看使用sendmsg的方式。
　　2. 用户态数据结构
　　首先看一下几个重要的数据结构的关系：

　　2.1 struct msghdr
　　msghdr这个结构在socket变成中会用到，并不算Netlink专有的，这里不在过多说明。只说明一下如何更好理解这个结构的功能。我们知道socket消息的发送和接收函数一般有这几对：recv／send、readv／writev、recvfrom／sendto。当然还有recvmsg／sendmsg，前面三对函数各有各的特点功能，而recvmsg／sendmsg是要囊括前面三对的所有功能，当然还有自己特殊的用途。msghdr的前两个成员是为了满足recvfrom／sendto的功能，中间两个成员msg_iov和msg_iovlen则是为了满足readv／writev的功能，而后的msg_flags则是为了满足recv／send中flag的功能，剩下的msg_control和msg_controllen则是满足recvmsg／sendmsg特有的功能。
　　2.2 Struct sockaddr_ln
　　Struct sockaddr_ln为Netlink的地址，和我们通常socket编程中的sockaddr_in作用一样，他们的结构对比如下。

　　struct sockaddr_nl{}的详细定义和描述如下：
　　struct sockaddr_nl
　　{
　　sa_family_t nl_family; /*该字段总是为AF_NETLINK */
　　unsigned short nl_pad; /* 目前未用到，填充为0*/
　　__u32 nl_pid; /* process pid */
　　__u32 nl_groups; /* multicast groups mask */
　　};
　　(1) nl_pid：在Netlink规范里，PID全称是Port-ID(32bits)，其主要作用是用于的标识一个基于netlink的socket通道。通常情况下nl_pid都设置为当前进程的进程号。前面我们也说过，Netlink不仅可以实现用户-内核空间的通信还可使现实用户空间两个进程之间，或内核空间两个进程之间的通信。该属性为0时一般指内核。
　　(2) nl_groups：如果用户空间的进程希望加入某个多播组，则必须执行bind()系统调用。该字段指明了调用者希望加入的多播组号的掩码(注意不是组号，后面我们会详细讲解这个字段)。如果该字段为0则表示调用者不希望加入任何多播组。对于每个隶属于Netlink协议域的协议，多可支持32个多播组(因为nl_groups的长度为32比特)，每个多播组用一个比特来表示。
　　2.3 struct nlmsghdr
　　Netlink的报文由消息头和消息体构成，struct nlmsghdr即为消息头。消息头定义在文件里，由结构体nlmsghdr表示：
　　struct nlmsghdr
　　{
　　__u32 nlmsg_len; /* Length of message including header */
　　__u16 nlmsg_type; /* Message content */
　　__u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */
　　__u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */
　　__u32 nlmsg_pid; /* Sending process PID */
　　};
　　消息头中各成员属性的解释及说明：
　　(1) nlmsg_len：整个消息的长度，按字节计算。包括了Netlink消息头本身。
　　(2) nlmsg_type：消息的类型，即是数据还是控制消息。目前(内核版本2.6.21)Netlink仅支持四种类型的控制消息，如下：
　　a) NLMSG_NOOP-空消息，什么也不做；
　　b) NLMSG_ERROR-指明该消息中包含一个错误；
　　c) NLMSG_DONE-如果内核通过Netlink队列返回了多个消息，那么队列的后一条消息的类型为NLMSG_DONE，其余所有消息的nlmsg_flags属性都被设置NLM_F_MULTI位有效。
　　d) NLMSG_OVERRUN-暂时没用到。
　　(3) nlmsg_flags：附加在消息上的额外说明信息，如上面提到的NLM_F_MULTI。
　　那消息体怎么设置呢？可以使用NLMSG_DATA，具体见后面例子。
　　3. 用户态范例一
　　客户端1
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <asm/types.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/socket.h>
#include <errno.h>
#define MAX_PAYLOAD 1024 // maximum payload size
#define NETLINK_TEST 25 //自定义的协议
int main(int argc， char* argv[])
{
int state;
struct sockaddr_nl src_addr， dest_addr;
struct nlmsghdr *nlh = NULL; //Netlink数据包头
struct iovec iov;
struct msghdr msg;
int sock_fd， retval;
int state_smg = 0;
// Create a socket
sock_fd = socket(AF_NETLINK， SOCK_RAW， NETLINK_TEST);
if(sock_fd == -1){
printf("error getting socket: %s"， strerror(errno));
return -1;
}
// To prepare binding
memset(&src_addr， 0， sizeof(src_addr));
src_addr.nl_family = AF_NETLINK;
src_addr.nl_pid = 100; //A：设置源端端口号
src_addr.nl_groups = 0;
//Bind
retval = bind(sock_fd， (struct sockaddr*)&src_addr， sizeof(src_addr));
if(retval < 0){
printf("bind failed: %s"， strerror(errno));
close(sock_fd);
return -1;
}
// To orepare create mssage
nlh = (struct nlmsghdr *)malloc(NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
if(!nlh){
printf("malloc nlmsghdr error! ");
close(sock_fd);
return -1;
}
memset(&dest_addr，0，sizeof(dest_addr));
dest_addr.nl_family = AF_NETLINK;
dest_addr.nl_pid = 0; //B：设置目的端口号
dest_addr.nl_groups = 0;
nlh->nlmsg_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
nlh->nlmsg_pid = 100; //C：设置源端口
nlh->nlmsg_flags = 0;
strcpy(NLMSG_DATA(nlh)，"Hello you!"); //设置消息体
iov.iov_base = (void *)nlh;
iov.iov_len = NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD);
//Create mssage
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;
//send message
printf("state_smg ");
state_smg = sendmsg(sock_fd，&msg，0);
if(state_smg == -1)
{
printf("get error sendmsg = %s "，strerror(errno));
}
memset(nlh，0，NLMSG_SPACE(MAX_PAYLOAD));
//receive message
printf("waiting received! ");
while(1){
printf("In while recvmsg ");
state = recvmsg(sock_fd， &msg， 0);
if(state<0)
{
printf("state<1");
}
printf("Received message: %s "，(char *) NLMSG_DATA(nlh));
}
close(sock_fd);
return 0;
}
　　上面程序首先向内核发送一条消息；“Hello you”，然后进入循环一直等待读取内核的回复，并将收到的回复打印出来。如果看上面程序感觉很吃力，那么应该首先复习一下UDP中使用sendmsg的用法，特别时struct msghdr的结构要清楚，这里再赘述。下面主要分析与UDP发送数据包的不同点：
　　1. socket地址结构不同，UDP为sockaddr_in，Netlink为struct sockaddr_nl；
　　2. 与UDP发送数据相比，Netlink多了一个消息头结构struct nlmsghdr需要我们构造。
　　注意代码注释中的A、B、C三处分别设置了pid。首先解释一下什么是pid，网上很多文章把这个字段说成是进程的pid，其实这完全是望文生义。这里的pid和进程pid没有什么关系，仅仅相当于UDP的port。对于UDP来说port和ip标示一个地址，那对我们的NETLINK_TEST协议（注意Netlink本身不是一个协议）来说，pid标示了一个地址。所以你如果用进程pid做为标示当然也是可以的。当然同样的pid对于NETLINK_TEST协议和内核定义的其他使用Netlink的协议是不冲突的（像TCP的80端口和UDP的80端口）。
　　下面分析这三处设置pid分别有什么作用，首先A和B位置的比较好理解，这是在地址（sockaddr_nl）上进行的设置，是相当于设置源地址和目的地址（其实是端口），只是注意B处设置pid为0，0代表是内核，可以理解为内核专用的pid，那么用户进程不能用0做为自己的pid吗？这个只能说如果你非要用也是可以的，只是会产生一些问题，后面在分析。接下来看为什么C处的消息头仍然需要设置pid呢？这里首先要知道一个前提：内核不会像UDP一样根据我们设置的原、目的地址为我们构造消息头，所以我们不在包头写入我们自己的地址（pid），那内核怎么知道是谁发来的报文呢？当然如果内核只是处理消息不需要回复进程的话舍不设置这个消息头pid都可以。
　　所以每个pid的设置功能不同：A处的设置是要设置发送者的源地址，有人会说既然源地址又不会自动填充到报文中，我们为什么还要设置这个，因为你还可能要接收回复啊。像寄信，你连“门牌号”都没有，即使你在写信时候写上你的地址是100号，对方回信目的地址也是100号，但是邮局发现根本没有这个地址怎么可能把信送到你手里呢？所以A的主要作用是注册源地址，保证可以收到回复，如果不需要回复当然可以简单将pid设置为0；B处自然是收信人的地址，pid为0代表内核的地址，假如有一个进程在101号上注册了地址，并调用了recvmsg，如果你将B处的pid设置为101，那数据包发给了另一个进程，这实现了使用Netlink进行进程间通信；C相当于你在信封上写的源地址，通常情况下这个应该和你的真实地址（A）处注册的源地址相同，当然你要是不想收到回信，又想恶搞一下或者有特殊需求，你可以写成其他进程注册的pid（比如101）。这和我们现实中寄信是一样的，你给你朋友写封情书，把写信人写成你的另一个好基友，然后后果你懂得……