Android中的網絡管理源碼分析--netd

http://www.voidcn.com/blog/a34140974/article/p-5033426.html

1      Netd簡介

Netd是Android的網絡守護程序。NetD是個網絡管家，封裝了複雜的底層各種類型的網絡(NAT，PLAN，PPP，SOFTAP，TECHER，ETHO，MDNS等)，隔離了底層網絡接口的差異，給Framework提供了統一調用接口，簡化了網絡的使用。NetD主要功能是:第一、接收Framework的網絡請求，處理請求，向Framework層回報處理結果；第二、監聽網絡事件(斷開/連接配接/錯誤等)，向Framework層上報。

2     Netd的啟動過程

Netd作為背景服務程序在Andriod系統啟動的init1階段就被啟動了，其在init.rc檔案的配置如下：

service netd /system/bin/netd     class main     socket netd stream 0660 root system     socket dnsproxyd stream 0660 root inet     socket mdns stream 0660 root system     socket fwmarkd stream 0660 root inet

看一看到，這裡為netd配置了4個socket(比老版本多了一個名字為“fwmakd”的socket)，根據配置可找到netd的入口函數為main():

int main() {     CommandListener *cl;     NetlinkManager *nm;     DnsProxyListener *dpl;     MDnsSdListener *mdnsl;     FwmarkServer* fwmarkServer;     ALOGI("Netd 1.0 starting");     remove_pid_file();//猜測為每次重新開機時删除舊的     blockSigpipe();//禁止SIGPIPE中斷     //建立NetlinkManager執行個體     if (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {         ALOGE("Unable to create NetlinkManager");         exit(1);     };     //建立CommandListener執行個體，并将其設定為NetlinkManager的Broadcaster,之後啟動nm     cl = new CommandListener();     nm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);     if (nm->start()) {         ALOGE("Unable to start NetlinkManager (%s)", strerror(errno));         exit(1);     }     // Set local DNS mode, to prevent bionic from proxying     // back to this service, recursively.     setenv("ANDROID_DNS_MODE", "local", 1);     //建立并開始監聽“dnsproxyd”socket     dpl = new DnsProxyListener(CommandListener::sNetCtrl);     if (dpl->startListener()) {         ALOGE("Unable to start DnsProxyListener (%s)", strerror(errno));         exit(1);     }     //建立并開始監聽“mdns”socket     mdnsl = new MDnsSdListener();     if (mdnsl->startListener()) {         ALOGE("Unable to start MDnsSdListener (%s)", strerror(errno));         exit(1);     }     //建立并開始監聽“fwmarkd”socket     fwmarkServer = new FwmarkServer(CommandListener::sNetCtrl);     if (fwmarkServer->startListener()) {         ALOGE("Unable to start FwmarkServer (%s)", strerror(errno));         exit(1);     } //開始監聽“netd”socket     if (cl->startListener()) {         ALOGE("Unable to start CommandListener (%s)", strerror(errno));         exit(1);     }     bool wrote_pid = write_pid_file();     while(1) {         sleep(30); // 30 sec         if (!wrote_pid) {             wrote_pid = write_pid_file();         }     }     ALOGI("Netd exiting");     remove_pid_file();     exit(0); }

從上面個可以看出netd的啟動并不複雜，主要是啟動了4個監聽socket，後面的分析将會看到每個socket對應這一個監聽線程。首先來看NetlinkManage，NetlinkManager（以後簡稱NM）主要負責接收并解析來自Kernel的UEvent消息。如果對linux的socket特别熟悉的話，光從“NetlinkMananger”的名字就能推斷出此類的基本實作和作用：肯定使用了PF_NETLINK的socket。這種socket一般是在應用層（相對于核心）監聽核心事件的時候使用。例如USB的插拔等等。從main的代碼可以知道它的入口為start()函數。

int NetlinkManager::start() {   //建立接收NETLINK_KOBJECT_UEVENT消息的socket，其值儲存在mUeventSock中   //其中，NETLINK_FORMAT_ASCII代表UEvent消息的内容為ASCII字元串     if ((mUeventHandler = setupSocket(&mUeventSock, NETLINK_KOBJECT_UEVENT,          0xffffffff, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_ASCII, false)) == NULL) {         return -1;     } //建立接收RTMGPR_LINK消息的socket，其值儲存在mRouteSock中   //其中，NETLINK_FORMAT_BINARY代表UEvent消息的類型為結構體，故需要進行二進制解析     if ((mRouteHandler = setupSocket(&mRouteSock, NETLINK_ROUTE,                                      RTMGRP_LINK |                                      RTMGRP_IPV4_IFADDR |                                      RTMGRP_IPV6_IFADDR |                                      RTMGRP_IPV6_ROUTE |                                      (1 << (RTNLGRP_ND_USEROPT - 1)),          NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY, false)) == NULL) {         return -1;     }   //建立接收NETLINK_NFLOG消息的socket，其值儲存在mQuotaSock中     if ((mQuotaHandler = setupSocket(&mQuotaSock, NETLINK_NFLOG,             NFLOG_QUOTA_GROUP, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY, false)) == NULL) {         ALOGE("Unable to open quota socket");     } //建立接收NETLINK_NETFILTER消息的socket，其值儲存在mQuotaSock中       if ((mStrictHandler = setupSocket(&mStrictSock, NETLINK_NETFILTER,             0, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_BINARY_UNICAST, true)) == NULL) {         ALOGE("Unable to open strict socket");     }     return 0; }

start()四次調用了setupSocket函數，建立了4個PF_NETLINK類型的socket監聽核心的不同僚件。檢視函數setupSocket()。

NetlinkHandler *NetlinkManager::setupSocket(int *sock, int netlinkFamily,     int groups, int format, bool configNflog) {     struct sockaddr_nl nladdr;     int sz = 64 * 1024;     int on = 1;     memset(&nladdr, 0, sizeof(nladdr));     nladdr.nl_family = AF_NETLINK;     nladdr.nl_pid = getpid();     nladdr.nl_groups = groups;     //建立socket,一定要注意這裡的socket類型為SOCK_DGRAM,這句是整個Nm的關鍵     //netlinkFamily指定了soket監聽的核心事件     if ((*sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM | SOCK_CLOEXEC, netlinkFamily)) < 0) {         ALOGE("Unable to create netlink socket: %s", strerror(errno));         return NULL;     }     //設定socket的屬性     if (setsockopt(*sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz)) < 0) {         ALOGE("Unable to set uevent socket SO_RCVBUFFORCE option: %s", strerror(errno));         close(*sock);         return NULL;     }     if (setsockopt(*sock, SOL_SOCKET, SO_PASSCRED, &on, sizeof(on)) < 0) {         SLOGE("Unable to set uevent socket SO_PASSCRED option: %s", strerror(errno));         close(*sock);         return NULL;     }     //綁定     if (bind(*sock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)) < 0) {         ALOGE("Unable to bind netlink socket: %s", strerror(errno));         close(*sock);         return NULL;     }     if (configNflog) {//隻有mStrictSock對應的為true         if (android_nflog_send_config_cmd(*sock, 0, NFULNL_CFG_CMD_PF_UNBIND, AF_INET) < 0) {             ALOGE("Failed NFULNL_CFG_CMD_PF_UNBIND: %s", strerror(errno));             return NULL;         }         if (android_nflog_send_config_cmd(*sock, 0, NFULNL_CFG_CMD_PF_BIND, AF_INET) < 0) {             ALOGE("Failed NFULNL_CFG_CMD_PF_BIND: %s", strerror(errno));             return NULL;         }         if (android_nflog_send_config_cmd(*sock, 0, NFULNL_CFG_CMD_BIND, AF_UNSPEC) < 0) {             ALOGE("Failed NFULNL_CFG_CMD_BIND: %s", strerror(errno));             return NULL;         }     }     //将socket封裝成 NetLinkHandler，進而在socket有活動的時候處理     NetlinkHandler *handler = new NetlinkHandler(this, *sock, format);     if (handler->start()) {//啟動NetlinkHandler,實際就是啟動監聽         ALOGE("Unable to start NetlinkHandler: %s", strerror(errno));         close(*sock);         return NULL;     }     return handler; }

NetlinkHandler的start()函數轉調了this-> startListener()，此方法實際上是繼承自SocketListener類。這個類是一個比較通用的類，很多與socket的IO複用有關的子產品都會調用此類的相關方法。

int SocketListener::startListener(int backlog) { //注意這個變量是類的成員變量，實際上這裡就是想方設法得到socket     if (!mSocketName && mSock == -1) {         SLOGE("Failed to start unbound listener");         errno = EINVAL;         return -1;     } else if (mSocketName) {         if ((mSock = android_get_control_socket(mSocketName)) < 0) {             SLOGE("Obtaining file descriptor socket '%s' failed: %s",                  mSocketName, strerror(errno));             return -1;         }         SLOGV("got mSock = %d for %s", mSock, mSocketName);         fcntl(mSock, F_SETFD, FD_CLOEXEC);     }    //如果設定了mListen則監聽socket，如果沒有設定則建立一個socketClient放入用戶端集合    //注意短路,對于NetlinkHandler,從其構造函數可知mListen為false     if (mListen && listen(mSock, backlog) < 0) {         SLOGE("Unable to listen on socket (%s)", strerror(errno));         return -1;     } else if (!mListen)         mClients->push_back(new SocketClient(mSock, false, mUseCmdNum));//這裡     if (pipe(mCtrlPipe)) {         SLOGE("pipe failed (%s)", strerror(errno));         return -1;     }    //建立線程處理監聽socket，這裡其實并沒有所謂的“監聽socket”，因為是NETLINK型的socket     if (pthread_create(&mThread, NULL, SocketListener::threadStart, this)) {         SLOGE("pthread_create (%s)", strerror(errno));         return -1;     }     return 0; }

進入線程的入口函數SocketListener::threadStart()

void *SocketListener::threadStart(void *obj) {     SocketListener *me = reinterpret_cast<SocketListener *>(obj);     //注意obj為主線程傳遞進來的參數，就是SocketListener     me->runListener();     pthread_exit(NULL);     return NULL; }

進入runListener

void SocketListener::runListener() {     //此函數的主要邏輯就是select（）     SocketClientCollection pendingList;//建立一個socketClientCollection存放活動fd     while(1) {         SocketClientCollection::iterator it;         fd_set read_fds;         int rc = 0;         int max = -1;         FD_ZERO(&read_fds);         if (mListen) {//監聽listenSocket的讀事件，前面已經知道mListen此時為fasle             max = mSock;             FD_SET(mSock, &read_fds);         }         FD_SET(mCtrlPipe[0], &read_fds);//這裡的pipe什麼作用？中斷循環标志？         if (mCtrlPipe[0] > max)             max = mCtrlPipe[0];         pthread_mutex_lock(&mClientsLock);         //周遊mClients集合         for (it = mClients->begin(); it != mClients->end(); ++it) {             // NB: calling out to an other object with mClientsLock held (safe)             int fd = (*it)->getSocket();//擷取與客戶通信的socket             FD_SET(fd, &read_fds);//監聽它             if (fd > max) {                 max = fd;             }         }         pthread_mutex_unlock(&mClientsLock);         SLOGV("mListen=%d, max=%d, mSocketName=%s", mListen, max, mSocketName);         if ((rc = select(max + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL)) < 0) {//select             if (errno == EINTR)                 continue;             SLOGE("select failed (%s) mListen=%d, max=%d", strerror(errno), mListen, max);             sleep(1);             continue;         } else if (!rc)             continue;         if (FD_ISSET(mCtrlPipe[0], &read_fds)) {//如果是pipe有活動             char c = CtrlPipe_Shutdown;             TEMP_FAILURE_RETRY(read(mCtrlPipe[0], &c, 1));//讀取管道             if (c == CtrlPipe_Shutdown) {                 break;//難道這就是監聽pipe的作用？             }             continue;         } //如果是監聽socket,接收連接配接請求,當然NETLINK不會走這裡         if (mListen && FD_ISSET(mSock, &read_fds)) {             struct sockaddr addr;             socklen_t alen;             int c;             do {                 alen = sizeof(addr);                 c = accept(mSock, &addr, &alen);                 SLOGV("%s got %d from accept", mSocketName, c);             } while (c < 0 && errno == EINTR);             if (c < 0) {                 SLOGE("accept failed (%s)", strerror(errno));                 sleep(1);                 continue;             }             fcntl(c, F_SETFD, FD_CLOEXEC);             pthread_mutex_lock(&mClientsLock); //放入client集合             mClients->push_back(new SocketClient(c, true, mUseCmdNum));             pthread_mutex_unlock(&mClientsLock);         }        //将所有活動的fd都放入pendingList，貌似也隻有一個         pendingList.clear();         pthread_mutex_lock(&mClientsLock);         for (it = mClients->begin(); it != mClients->end(); ++it) {             SocketClient* c = *it;             // NB: calling out to an other object with mClientsLock held (safe)             int fd = c->getSocket();             if (FD_ISSET(fd, &read_fds)) {//fd如果有活動                 pendingList.push_back(c);//放入pendingList                 c->incRef();             }         }         pthread_mutex_unlock(&mClientsLock);         //處理pendingList，這裡的具體意思就是核心有事件了，需要上層處理         while (!pendingList.empty()) {             it = pendingList.begin();             SocketClient* c = *it;             pendingList.erase(it);             if (!onDataAvailable(c)) {                 release(c, false);             }             c->decRef();         }     } }

從上面的函數可以看到，這裡實際上是對3類fd作了監聽處理。一類是監聽socket，一類是client socket，并且這類socket被封裝成SocketClient集中在一個集合之内。還有一個就是pipe。從NetlinkManager.start()中我們已經知道啟動了四套這樣的結構，其socket分别為mUeventSock ，mRouteSock，mQuotaSock，mStrictSock。這些Socket都是PF_NETLINK類型的sockegt，并不是監聽socket，具體一點就是他們對應的mListen均為false。也就是這四個socket被當做SocketClient添加進了mClients（注意有四個執行個體）。等等，那麼監聽socket在哪呢？壓根就沒有監聽socket，這裡采用的是SOCK_DGRAM類型的socket！

當檢測到這些socket有可讀事件發生時，也就是核心有上層感興趣的事件發生時。相應的onDataAvailable()被調用，這是一個虛函數。分析可知此時this的具體類型為NetlinkHandler，是以調用的是NetlinkHandler的onDataAvailable()。

bool NetlinkListener::onDataAvailable(SocketClient *cli) {     int socket = cli->getSocket();     ssize_t count;     uid_t uid = -1;     bool require_group = true;     if (mFormat == NETLINK_FORMAT_BINARY_UNICAST) {         require_group = false;     }     //讀取資料     count = TEMP_FAILURE_RETRY(uevent_kernel_recv(socket,             mBuffer, sizeof(mBuffer), require_group, &uid));     if (count < 0) {         if (uid > 0)             LOG_EVENT_INT(65537, uid);         SLOGE("recvmsg failed (%s)", strerror(errno));         return false;     }     NetlinkEvent *evt = new NetlinkEvent();//建立一個NetLinkEvent     if (evt->decode(mBuffer, count, mFormat)) {//解碼         onEvent(evt);//調用了此函數，對event做了處理     } else if (mFormat != NETLINK_FORMAT_BINARY) {         // Don't complain if parseBinaryNetlinkMessage returns false. That can         // just mean that the buffer contained no messages we're interested in.         SLOGE("Error decoding NetlinkEvent");     }     delete evt;     return true; }

這裡調用了onEvent()才是NetlinkHandler的入口。

void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {     const char *subsys = evt->getSubsystem();     if (!subsys) {         ALOGW("No subsystem found in netlink event");         return;     }     if (!strcmp(subsys, "net")) {         NetlinkEvent::Action action = evt->getAction();         const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");         if (action == NetlinkEvent::Action::kAdd) {             notifyInterfaceAdded(iface);         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kRemove) {             notifyInterfaceRemoved(iface);         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kChange) {             evt->dump();             notifyInterfaceChanged("nana", true);         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kLinkUp) {             notifyInterfaceLinkChanged(iface, true);         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kLinkDown) {             notifyInterfaceLinkChanged(iface, false);         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kAddressUpdated ||                    action == NetlinkEvent::Action::kAddressRemoved) {             const char *address = evt->findParam("ADDRESS");             const char *flags = evt->findParam("FLAGS");             const char *scope = evt->findParam("SCOPE");             if (action == NetlinkEvent::Action::kAddressRemoved && iface && address) {                 int resetMask = strchr(address, ':') ? RESET_IPV6_ADDRESSES : RESET_IPV4_ADDRESSES;                 resetMask |= RESET_IGNORE_INTERFACE_ADDRESS;                 if (int ret = ifc_reset_connections(iface, resetMask)) {                     ALOGE("ifc_reset_connections failed on iface %s for address %s (%s)", iface,                           address, strerror(ret));                 }             }             if (iface && flags && scope) {                 notifyAddressChanged(action, address, iface, flags, scope);             }         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kRdnss) {             const char *lifetime = evt->findParam("LIFETIME");             const char *servers = evt->findParam("SERVERS");             if (lifetime && servers) {                 notifyInterfaceDnsServers(iface, lifetime, servers);             }         } else if (action == NetlinkEvent::Action::kRouteUpdated ||                    action == NetlinkEvent::Action::kRouteRemoved) {             const char *route = evt->findParam("ROUTE");             const char *gateway = evt->findParam("GATEWAY");             const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");             if (route && (gateway || iface)) {                 notifyRouteChange(action, route, gateway, iface);             }         }     } else if (!strcmp(subsys, "qlog")) {         const char *alertName = evt->findParam("ALERT_NAME");         const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");         notifyQuotaLimitReached(alertName, iface);     } else if (!strcmp(subsys, "strict")) {         const char *uid = evt->findParam("UID");         const char *hex = evt->findParam("HEX");         notifyStrictCleartext(uid, hex);     } else if (!strcmp(subsys, "xt_idletimer")) {         const char *label = evt->findParam("INTERFACE");         const char *state = evt->findParam("STATE");         const char *timestamp = evt->findParam("TIME_NS");         const char *uid = evt->findParam("UID");         if (state)             notifyInterfaceClassActivity(label, !strcmp("active", state),                                          timestamp, uid); #if !LOG_NDEBUG     } else if (strcmp(subsys, "platform") && strcmp(subsys, "backlight")) {         ALOGV("unexpected event from subsystem %s", subsys); #endif     } }

可以看到，這裡對不同的時間進行看了notifXxx所有的notifyXXXXX函數都會調用notify()函數

void NetlinkHandler::notify(int code, const char *format, ...) {     char *msg;     va_list args;     va_start(args, format);     if (vasprintf(&msg, format, args) >= 0) {         //一定要注意這裡的所使用的是cl的socket，名字為”netd”，而非之前的那四個         mNm->getBroadcaster()->sendBroadcast(code, msg, false);         free(msg);     } else {         SLOGE("Failed to send notification: vasprintf: %s", strerror(errno));     }     va_end(args); }

mNm就是之前在main()中建立的NetworkMananger。其BroadCaster已經設定為了cl（即CommandListener的一個執行個體）。CommandListener通過netd向NetworkManagementService發送消息。這裡的消息可能有兩種：一種是底層主動上報的消息，另一種是上層請求的response。（這個和RILD很類似）

現在我們來整理一下上面的步驟：NetlinkManager建立了4個PF_NETLINK類型的socket，監聽核心發生的uEvent。當核心發生相應的uEvent被對應的 NetlinkManager檢測到。NetlinkManager将着個uEvent轉化為NetlinkEvent 通過CommandListener廣播到更上層。而這裡的“更上層”指的是java層。可見，底層C/C++和上層java的聯系是通過socket聯系在一起的。

這裡一定要清楚出兩點：之前的4個socket并不是這裡的BroadCaster的socket；而且，個人覺得這個BroadCaster名字也容易讓人産生誤解，以為是廣播，廣播對應的socket就應該是UDP。而實際上這個socket是init.rc配置的名字為“netd”的socke所accept出來的clientSocket，是一個TCPsocket。而TCPsocket是無法廣播的。這裡直接将sendBroadCast了解為sendMsg後面的就很好了解了。

接着分析CommandListener。這個類同樣繼承自SocketListener，與之前的4個Netlink socket所不同的是此類的mListen被設定為true。也就是“netd”為監聽socket。CommandListener在之前的main函數中調用startListener開啟監聽來自java層的連接配接。當上層有連接配接時，select傳回，accpet得到一個clientSocket，之後将其封裝成SocketClient添加經list，并添加進select的監聽隊列。當java層下發指令，SocketClient的可讀事件被檢測到，進而做後續的處理，最後将底層處理結果response回上層，底層主動上報的消息也是通過此clientSocket上發到上層的。熟悉網絡程式設計的就應該知道，這裡是一個很典型的Select型的IO複用服務端模型。

除“netd”外，其他三個在init.rc中配置的socket：dnsproxyd  mdns  fwmarkd也建構了幾乎一樣的服務端結構。這裡就不再贅述。以下為netd的大緻框圖：