如何实时监测 Linux 网卡状态变化？

2024-07-31 01:06:40

如何利用 select() 函数监测网卡状态变化？

在网络编程中，实时掌握网卡状态至关重要。试想一下，如果程序依赖于某个网络接口发送数据，但该接口却处于断开状态，就会导致数据传输失败。传统的 ioctl() 函数虽然可以获取网卡信息，但需要不断轮询，效率低下。如何才能优雅地实现网卡状态的实时监测呢？

答案就是利用 select() 函数与 netlink 套接字强强联手。

`select()` 函数：网络事件的多面手

大家可能对 select() 函数并不陌生，它经常用于处理网络 I/O 多路复用，能够同时监听多个文件符，并在其中任何一个就绪时返回。然而，select() 的强大之处远不止于此，它还能与 netlink 套接字配合，实现对网卡状态变化的精准捕捉。

netlink 套接字：内核与用户空间的信使

netlink 是一种 Linux 内核与用户空间进程进行通信的机制，我们可以把它理解为一座桥梁，连接着应用程序与内核深处的网络配置信息。通过 netlink 套接字，应用程序可以订阅感兴趣的网络事件，例如网卡状态变化、路由表更新等，并在事件发生时收到内核的通知。

强强联手：精准监测网卡状态

创建 netlink 套接字： 首先，我们需要创建一个专门用于接收网卡状态信息的 netlink 套接字。

#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>

int sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_ROUTE);
if (sock_fd < 0) {
    // 处理错误
}

绑定 netlink 套接字： 创建好套接字后，需要将其绑定到特定的 netlink 地址，以便接收特定类型的消息。

struct sockaddr_nl addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.nl_family = AF_NETLINK;
addr.nl_groups = RTFGRP_LINK; // 监听链路层事件

if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
    // 处理错误
}

将 netlink 套接字加入 select() 监听： 接下来，将创建好的 netlink 套接字添加到 select() 函数监听的文件符集合中。
```
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(sock_fd, &read_fds);
```

调用 select() 函数： 一切准备就绪，调用 select() 函数，静待网卡状态变化的通知。

int ret = select(sock_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL);
if (ret < 0) {
    // 处理错误
} else if (ret > 0) {
    if (FD_ISSET(sock_fd, &read_fds)) {
        // 收到网卡状态变化通知
    }
}

读取并解析 netlink 消息： 当 select() 函数返回，并且 netlink 套接字可读时，表明有网卡状态事件发生。通过 recv() 函数读取 netlink 消息，并解析消息内容，即可获取具体的网卡状态信息。

代码示例：监测 eth0 网卡状态

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <string.h>

int main() {
    int sock_fd;
    struct sockaddr_nl addr;
    fd_set read_fds;
    char buf[4096];

    // 创建 netlink 套接字
    sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_ROUTE);
    if (sock_fd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    // 绑定 netlink 套接字
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.nl_family = AF_NETLINK;
    addr.nl_groups = RTFGRP_LINK;
    if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(sock_fd);
        exit(1);
    }

    while (1) {
        FD_ZERO(&read_fds);
        FD_SET(sock_fd, &read_fds);

        // 调用 select() 函数
        if (select(sock_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, NULL) < 0) {
            perror("select");
            break;
        }

        // 检查是否有数据可读
        if (FD_ISSET(sock_fd, &read_fds)) {
            int len = recv(sock_fd, buf, sizeof(buf), 0);
            if (len < 0) {
                perror("recv");
                break;
            }

            // 解析 netlink 消息并判断网卡 eth0 的状态
            struct nlmsghdr *nh = (struct nlmsghdr *)buf;
            if (nh->nlmsg_type == RTM_NEWLINK || nh->nlmsg_type == RTM_DELLINK) {
                struct ifinfomsg *info = (struct ifinfomsg *)NLMSG_DATA(nh);
                if (info->ifi_index == 2) { // eth0 的接口索引通常为 2
                    printf("eth0 state changed: %s\n", (info->ifi_flags & IFF_RUNNING) ? "RUNNING" : "DOWN");
                }
            }
        }
    }

    close(sock_fd);
    return 0;
}

常见问题解答

为什么需要使用 netlink 套接字？

select() 函数本身无法直接监测网卡状态，需要借助 netlink 套接字接收内核发送的网卡状态变化事件。
如何监听所有网卡的状态变化？

在绑定 netlink 套接字时，将 addr.nl_groups 设置为 RTMGRP_LINK 即可监听所有网卡的链路层事件，包括状态变化。
如何获取更详细的网卡信息？

解析 netlink 消息时，可以根据 rtattr 结构体获取网卡名称、MAC 地址等详细信息。
除了 select() 函数，还有哪些方式可以监听 netlink 事件？

可以使用 poll() 或 epoll() 等 I/O 多路复用机制监听 netlink 套接字上的事件。
如何区分不同的网卡状态？

可以通过检查 ifinfomsg 结构体中的 ifi_flags 字段来判断网卡是处于 UP 状态还是 DOWN 状态。