Kernel Connector

Kernel Connector 개요

.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

Kernel Connector는 netlink를 기반으로 사용자 공간과 커널 공간이 쉽게 통신하게 하는 모듈입니다.

Connector 드라이버는 netlink 기반 네트워크로 여러 에이전트를 쉽게 연결합니다. 콜백과 식별자를 등록하면, 드라이버가 해당 식별자가 담긴 특수 netlink 메시지를 받았을 때 알맞은 콜백을 호출합니다.

사용자 공간 절차와 커널 API

사용자 공간에서는 `socket()`, `bind()`, `send()`, `recv()` 순서로 비교적 간단히 사용합니다.

- socket();
- bind();
- send();
- recv();

커널 공간에서 이 연결의 모든 기능을 직접 사용하려면 전용 소켓을 만들고 `struct sk_buff` 처리 방법도 알아야 합니다. Connector는 커널 에이전트가 netlink 기반 프로세스 간 통신을 훨씬 쉽게 사용하도록 콜백 등록과 메시지 전송 API를 제공합니다.

int cn_add_callback(const struct cb_id *id, char *name, void (*callback) (struct cn_msg *, struct netlink_skb_parms *));
void cn_netlink_send_mult(struct cn_msg *msg, u16 len, u32 portid, u32 __group, int gfp_mask);
void cn_netlink_send(struct cn_msg *msg, u32 portid, u32 __group, int gfp_mask);

struct cb_id
{
      __u32                        idx;
      __u32                        val;
};

`idx`와 `val`은 커널 내부 사용을 위해 `connector.h`에 등록해야 하는 고유 식별자입니다. `void (*callback) (void *)` 콜백은 Connector 코어가 해당 `idx.val`을 가진 메시지를 받을 때 호출하며, 인자는 `struct cn_msg *`로 역참조해야 합니다.

struct cn_msg
{
      struct cb_id                id;

      __u32                        seq;
      __u32                        ack;

      __u16                        len;        /* Length of the following data */
      __u16                        flags;
      __u8                        data[0];
};

`struct cn_msg`는 `struct cb_id id`, 계보 추적용 `seq`와 `ack`, 뒤따르는 데이터 길이 `len`, `flags`, 가변 데이터 `data[0]`을 담습니다.

Connector 인터페이스

Connector 인터페이스는 `include/linux/connector.h`의 kernel-doc으로 제공됩니다.

.. kernel-doc:: include/linux/connector.h

새 콜백 사용자를 등록할 때 Connector 코어는 사용자의 `id.idx`와 같은 번호의 netlink 그룹을 할당합니다.

프로토콜과 메시지 계보

현재 프레임워크는 고정 헤더를 가진 전송 계층을 제공합니다. 권장 프로토콜은 `msg->seq`와 `msg->ack`로 메시지 계보를 판별합니다. 송신자는 로컬에서 고유한 sequence와 임의의 acknowledge 번호를 사용하며, sequence를 `nlmsghdr->nlmsg_seq`에도 복사할 수 있습니다.

sequence 번호는 메시지를 보낼 때마다 증가합니다. 답장을 기대한다면 수신 메시지의 sequence는 원본 메시지와 같아야 하고 acknowledge는 원본 값에 1을 더한 값이어야 합니다.

수신 sequence가 기대한 값과 다르면 새 메시지입니다. sequence는 기대값과 같지만 acknowledge가 원본 sequence + 1이 아니어도 새 메시지입니다. 프로토콜 헤더에는 앞서 설명한 `id`도 포함됩니다.

Connector는 선택한 ID의 콜백이 등록되거나 해제될 때 커널 드라이버나 사용자 공간 프로세스에 알리는 이벤트 통지를 지원합니다. Connector 드라이버에 특수 명령을 보내 요청하며, 드라이버 자신도 `id={-1, -1}`로 등록합니다.

`cn_test.c` 모듈은 Connector로 통지를 요청하고 메시지를 보내는 사용 예를 제공합니다.

신뢰성

netlink 자체는 신뢰성 있는 프로토콜이 아닙니다. 메모리 부족이나 프로세스 수신 큐 overflow로 메시지를 잃을 수 있으므로 호출자는 이에 대비해야 합니다.

이 때문에 Connector의 주 메시지 헤더인 `struct cn_msg`에는 `u32 seq`와 `u32 ack` 필드가 있습니다.

사용자 공간에서 netlink 그룹 사용

Linux 2.6.14의 새 netlink 소켓 구현은 기본적으로 그룹 1이 아닌 netlink 그룹으로 데이터를 보내지 못하게 합니다. 다른 그룹 번호로 Connector 같은 netlink 소켓을 사용하려면 사용자 공간 애플리케이션이 먼저 해당 그룹을 구독해야 합니다.

s = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_CONNECTOR);

l_local.nl_family = AF_NETLINK;
l_local.nl_groups = 12345;
l_local.nl_pid = 0;

if (bind(s, (struct sockaddr *)&l_local, sizeof(struct sockaddr_nl)) == -1) {
      perror("bind");
      close(s);
      return -1;
}

{
      int on = l_local.nl_groups;
      setsockopt(s, 270, 1, &on, sizeof(on));
}

위 코드의 `270`은 `SOL_NETLINK`, `1`은 `NETLINK_ADD_MEMBERSHIP` 소켓 옵션입니다. multicast 구독을 해제하려면 같은 소켓 옵션을 값 `0`으로 정의된 `NETLINK_DROP_MEMBERSHIP` 매개변수와 함께 호출합니다.

2.6.14 netlink 코드는 `netlink_kernel_create()` 때 사용한 최대 그룹 번호 이하만 선택할 수 있습니다. Connector의 최대값은 `CN_NETLINK_USERS + 0xf`이므로 그룹 `12345`를 사용하려면 `CN_NETLINK_USERS`를 그 값까지 늘려야 합니다. 추가 `0xf`개 번호는 커널 외부 사용자를 위해 할당됩니다.

이 제한 때문에 그룹 `0xffffffff`는 현재 동작하지 않아 Connector 그룹의 추가 및 제거 통지를 사용할 수 없습니다. 당시 알려진 사용자로는 `cn_test.c` 테스트 모듈만 있었습니다.

netlink 영역의 작업은 계속 진행 중이었으므로 2.6.15 시기에 동작이 바뀔 수 있으며, 변경되면 해당 커널 문서를 갱신할 예정이라고 원문은 설명합니다.

코드 예제

Connector 테스트 모듈과 사용자 공간 예제 코드는 `samples/connector/`에 있습니다. 빌드하려면 `CONFIG_CONNECTOR`와 `CONFIG_SAMPLES`를 활성화합니다.