macOS内核拓展与用户态进程通信基本依靠KernControl API及IOKit Fundamentals 框架。kern_control API对socket进行简单封装，用户态进程调用connect建立与内核的通信机制。IOKit则不仅提供用户态通信接口，实际上IOKit提供所有内核驱动的管控能力，包含驱动的注册、资源管理和调试等。
KernControl内核编程
内核拓展需调用ctl_register进行控制器的注册。函数原型为：errno_t ctl_register(struct kern_ctl_reg *userkctl, kern_ctl_ref *kctlref);。其中userkctl存放控制器相关配置，kctlref用于后续的消息发送和最后的控制器注销。消息传输调用ctl_enqueuedata实现，函数原型为errno_t ctl_enqueuedata(kern_ctl_ref kctlref, u_int32_t unit, void *data, size_t len, u_int32_t flags);。需要注意的是数据传输使用到的unit需在连接建立时获取，详见下面kext_connect函数实现。
kern_ctl_reg结构体包含数据分发相关的函数指针，需自行实现。
/**
* @brief Kext管控运行时环境
*/
typedef struct {
struct kern_ctl_reg kctl_register; // kext注册器
kern_ctl_ref kctl_refrance; // kext注册引用
uint8_t kext_unit; // kext单元号
bool is_connected; // kext连接状态
} KextControlEnv;
KextControlEnv g_kext_ctl; // 内核拓展控制器
/**
* @brief kext控制器初始化
* @return 错误码
*/
errno_t kext_control_init(void) {
errno_t error = KERN_SUCCESS;
bzero(&g_kext_ctl, sizeof(KextControlEnv));
// 初始化kext管控参数
strlcpy(g_kext_ctl.kctl_register.ctl_name, "your kext name", MAX_KCTL_NAME);
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_flags = CTL_FLAG_PRIVILEGED;
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_send = kext_send;
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_getopt = sock_get_opt;
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_setopt = sock_set_opt;
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_connect = kext_connect;
g_kext_ctl.kctl_register.ctl_disconnect = kext_disconnect;
// 注册kext控制器
error = ctl_register(&g_kext_ctl.kctl_register, &g_kext_ctl.kctl_refrance);
if (error != KERN_SUCCESS) {
LOG_C(LOG_ERROR, "Failed to register kext controller with error code [%d].", error);
}
return error;
}
/**
* @brief kext控制器反初始化
* @return 错误码
*/
errno_t kext_control_uninit(void) {
errno_t error = KERN_SUCCESS;
error = ctl_deregister(g_kext_ctl.kctl_refrance);
if (error != KERN_SUCCESS) {
LOG_C(LOG_ERROR, "Failed to deregister kext controller with error code [%d].", error);
}
return error;
}
/**
* @brief 客户端设置配置回调
* @param ctlref kext控制引用
* @param unit kext单元号
* @param command 操作标志
* @return 错误码
*/
errno_t sock_set_opt(kern_ctl_ref ctlref, unsigned int unit, void *info, int command, void *data, size_t len) {
errno_t err_code = KERN_SUCCESS;
switch (command) {
// TODO
}
return err_code;
}
/**
* @brief 客户端获取配置回调
* @param ctlref kext控制引用
* @param unit kext单元号
* @param opt 操作标志
* @return 错误码
*/
errno_t sock_get_opt(kern_ctl_ref ctlref, unsigned int unit, void *userdata, int opt, void *data, size_t *len) {
// 可不用实现
return KERN_SUCCESS;
}
/**
* @brief 客户端连接回调
* @param ctlref kext控制引用
* @param sac 套接字地址控制器
* @return 错误码
*/
errno_t kext_connect(kern_ctl_ref ctlref, struct sockaddr_ctl *sac, void **unitinfo) {
errno_t err_code = KERN_SUCCESS;
if (g_kext_ctl.is_connected == true) {
LOG_C(LOG_ERROR, "Failed to accept the connection request for a connection already established.");
err_code = EISCONN;
return err_code;
}
g_kext_ctl.is_connected = true;
g_kext_ctl.kext_unit = sac->sc_unit;
LOG_C(LOG_INFO, "Connect with client successfully.");
return err_code;
}
/**
* @brief 客户端断开连接回调
* @param ctlref kext控制引用
* @param unit kext单元号
* @return 错误码
*/
errno_t kext_disconnect(kern_ctl_ref ctlref, unsigned int unit, void *unitinfo) {
g_kext_ctl.is_connected = false;
LOG_C(LOG_INFO, "Disconnect with peer successfully.");
return KERN_SUCCESS;
}
KernControl用户态编程
用户态进程仅需调用connect函数发起连接，代码如下。OS X专门为内核通信定义了PF_SYSTEM域，该域支持SYSPROTO_CONTROL和SYSPROTO_EVENT两个协议。使用SYSPROTO_CONTROL协议的内核控制（kern_control）API允许应用程序配置和控制KEXT。使用SYSPROTO_EVENT协议的内核事件（kern_event）API允许在某些内核事件发生时通知应用程序和其他KEXT。一般来说，内核控制API是首选，因为它提供双向通信。
/**
* @brief 连接内核拓展
* @return NO表示失败，否则成功
*/
- (BOOL)establishConnection {
if (self.socketFD != -1) {
return YES;
}
// 创建kext管控套接字
_socketFD = socket(PF_SYSTEM, SOCK_DGRAM, SYSPROTO_CONTROL);
if (self.socketFD == -1) {
LOG_OC(LOG_ERROR, "Could not create socket.");
return NO;
}
// 初始化kext控制信息
struct ctl_info info;
bzero(&info, sizeof(info));
strlcpy(info.ctl_name, "your kext name", MAX_KCTL_NAME);
// 获取动态设置的kext ID
if (ioctl(self.socketFD, CTLIOCGINFO, &info)) {
LOG_OC(LOG_ERROR, "Could not get ID for kernel control.");
return NO;
}
// 初始化套接字连接地址
struct sockaddr_ctl addr;
bzero(&addr, sizeof(addr));
addr.sc_len = sizeof(addr);
addr.sc_family = AF_SYSTEM;
addr.ss_sysaddr = AF_SYS_CONTROL;
addr.sc_id = info.ctl_id;
addr.sc_unit = 0;
int result = connect(self.socketFD, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (result) {
LOG_OC(LOG_ERROR, "Connect failed with error code [%d].", result);
return NO;
}
LOG_OC(LOG_INFO, "Connect with kext successfully.");
return YES;
}
/**
* @brief 断开内核拓展连接
*/
- (void)destroyConnection {
// 关闭套接字
close(self.socketFD);
_socketFD = -1;
LOG_OC(LOG_INFO, "Disconnect with kext successfully.");
}
