Linux用户态与内核态交互数据---socket函数

1、socket函数：
功能描述：
socket函数是任何套接口网络编程中第一个使用的函数，它向用户提供一个套接字，即套接口描述文件字，它是一个整数，如同文件描述符一样，是内核标识一个IO结构的索引。通过socket函数，我们指定一个套接口的协议相关的属性，为进行使用socket api做好准备。

int socket(int family, int type, int protocol)
返回：非负描述字──成功， -1──出错

参数family
这个参数指定一个协议簇，也往往被称为协议域。系统存在许多可以的协议簇，常见有AF_INET──指定为IPv4协议，AF_INET6──指定为IPv6，AF_LOCAL──指定为UNIX 协议域等等。它值都是系统预先定义的宏，系统支持哪些协议我们才可以使用，否则会调用失败。协议簇是网络层的协议。
可以到内核源码linux/socket.h中查看支持的协议簇有哪些。 另外有#define PF_* AF_*

参数type
这个参数指定一个套接口的类型，套接口可能的类型有：SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_SEQPACKET、SOCK_RAW等等，它们分别表明字节流、数据报、有序分组、原始套接口。这实际上是指定内核为我们提供的服务抽象，比如我们要一个字节流。需要注意的，并不是每一种协议簇都支持这里的所有的类型，所以类型与协议簇要匹配。

参数protocol
指定相应的传输协议，也就是诸如TCP或UDP协议等等，系统针对每一个协议簇与类型提供了一个默认的协议，我们通过把protocol设置为0来使用这个默认的值。注意这里的协议与上面的协议簇是两个不同的概念，前者是指网络层的协议，由于它对于到传输层会出现许多协议，比如IPv4可以用来实现TCP或UDP等等传输层协议，所以称为协议簇。相应的传输层的协议就简单地称为协议。常见的协议有TCP、UDP、SCTP，要指定它们分别使用宏IPPROTO_TCP、IPPROTO_UPD、IPPROTO_SCTP来指定。
到linux/in.h看可以使用哪些传输层的协议

返回值
socket函数返回一个套接字，即套接口描述字。如果出现错误，它返回-1，并设置errno为相应的值，用户应该检测以判断出现什么错误。

2、getsockopt/setsockopt 函数：

功能描述：

获取或者设置与某个套接字关联的选 项。选项可能存在于多层协议中，它们总会出现在最上面的套接字层。当操作套接字选项时，选项位于的层和选项的名称必须给出。为了操作套接字层的选项，应该 将层的值指定为SOL_SOCKET。为了操作其它层的选项，控制选项的合适协议号必须给出。例如，为了表示一个选项由TCP协议解析，层应该设定为协议 号TCP。

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

int setsockopt(int sock, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

参数：

sock：将要被设置或者获取选项的套接字。

level：选项所在的协议层。

optname：需要访问的选项名。

optval：对于getsockopt()，指向返回选项值的缓冲。对于setsockopt()，指向包含新选项值的缓冲。

optlen：对于getsockopt()，作为入口参数时，选项值的最大长度。作为出口参数时，选项值的实际长度。对于setsockopt()，现选项的长度。

返回说明：

成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为以下的某个值

EBADF：sock不是有效的文件描述词

EFAULT：optval指向的内存并非有效的进程空间

EINVAL：在调用setsockopt()时，optlen无效

ENOPROTOOPT：指定的协议层不能识别选项

ENOTSOCK：sock描述的不是套接字

首先在内核态注册socket，使用函数：
nf_register_sockopt();

nf_register_sockopt函数需要参数为nf_sockopt_ops结构体，nf_sockopt_ops结构体实现：

static struct nf_sockopt_ops imp1_sockops =
{
	.pf = PF_INET,
	.set_optmin = IMP1_SET,
	.set_optmax = IMP1_MAX,
	.set = data_to_kernel,
	.get_optmin = IMP1_GET,
	.get_optmax = IMP1_MAX,
	.get = data_from_kernel,
};

应用程序在调用的setsockopt函数后内核态程序会使用data_to_kernel函数处理，把传入setsocketopt的参数传递给data_to_kernel函数。
如果应用程序调用getsockopt函数后内核态程序会使用data_from_kernel函数处理，同样把传入getsockopt的参数传递给data_from_kernel函数。
data_to_kernel、data_from_kernel这两个函数为数据处理函数。

set_optmin、set_optmax、get_optmin、get_optmax这四个参数设置传入参数范围。

应用程序创建socket套接字，然后使用setsocketopt或者getsockopt函数就可以实现用户态与内核态的数据交互。

用户态代码：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/in.h>
#include "imp1.h"

#define UMSG      "a message from userspace\n"
#define UMSG_LEN  sizeof("a message from userspace\n")

char kmsg[64];

int main(void)
{
	int sockfd;
	int len;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW);
	if(sockfd < 0)
	{
		printf("can not create a socket\n");
		return -1;
	}

	/*call function data_to_kernel()*/
	setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IMP1_SET, UMSG, UMSG_LEN);

	len = sizeof(char)*64;

	/*call function data_from_kernel()*/
	getsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IMP1_GET, kmsg, &len);
	printf("kmsg: %s", kmsg);

	close(sockfd);
	return 0;
}

内核态代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/netfilter_ipv4.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include "imp1.h"

#define KMSG      "a message from kernel\n"
#define KMSG_LEN  sizeof("a message from kernel\n")
MODULE_LICENSE("GPL");

static int data_to_kernel(struct sock *sk, int cmd, void *user,unsigned int len)
{
	switch(cmd)
	{
		case IMP1_SET:
		{
			char umsg[64];
			memset(umsg, 0, sizeof(char)*64);
			copy_from_user(umsg, user, sizeof(char)*64);
			printk("umsg: %s", umsg);
		}
		break;
	}
	return 0;
}

static int data_from_kernel(struct sock *sk, int cmd, void *user, int *len)
{
	switch(cmd)
	{
		case IMP1_GET:
		{
			copy_to_user(user, KMSG, KMSG_LEN);
		}
		break;
	}
	return 0;
}

static struct nf_sockopt_ops imp1_sockops =
{
	.pf = PF_INET,
	.set_optmin = IMP1_SET,
	.set_optmax = IMP1_MAX,
	.set = data_to_kernel,
	.get_optmin = IMP1_GET,
	.get_optmax = IMP1_MAX,
	.get = data_from_kernel,
};

static int __init init(void)
{
	return nf_register_sockopt(&imp1_sockops);
}

static void __exit fini(void)
{
	nf_unregister_sockopt(&imp1_sockops);
}

module_init(init);
module_exit(fini);