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在linux内核中读写文件
http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/8194276
1. 序曲
在用户态，读写文件可以通过read和write这两个系统调用来完成(C库函数实际上是对系统调用的封装)。 但是，在内核态没有这样的系统调用，我们又该如何读写文件呢？
阅读Linux内核源码，可以知道陷入内核执行的是实际执行的是sys_read和sys_write这两个函数，但是这两个函数没有使用EXPORT_SYMBOL导出，也就是说其他模块不能使用。
在fs/open.c中系统调用具体实现如下(内核版本2.6.34.1)：
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)
{
long ret;
if (force_o_largefile())
flags |= O_LARGEFILE;
ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);
/* avoid REGPARM breakage on x86: */
asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);
return ret;
}
跟踪do_sys_open()函数，就会发现它主要使用了do_filp_open()函数该函数在fs/namei.c中，而在该文件中，filp_open函数也是调用了do_filp_open函数，并且接口和sys_open函数极为相似，调用参数也和sys_open一样，并且使用EXPORT_SYMBOL导出了，所以我们猜想该函数可以打开文件，功能和open一样。
使用同样的方法，找出了一组在内核操作文件的函数，如下：
|
功能 |
函数原型 |
|
打开文件 |
struct file *filp_open(const char *filename, int flags, int mode) |
|
读文件 |
ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) |
|
写文件 |
ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) |
|
关闭文件 |
int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id) |
2. 内核空间与用户空间
在vfs_read和vfs_write函数中，其参数buf指向的用户空间的内存地址，如果我们直接使用内核空间的指针，则会返回-EFALUT。这是因为使用的缓冲区超过了用户空间的地址范围。一般系统调用会要求你使用的缓冲区不能在内核区。这个可以用set_fs()、get_fs()来解决。
在include/asm/uaccess.h中，有如下定义：
#define MAKE_MM_SEG(s) ((mm_segment_t) { (s) })
#define KERNEL_DS MAKE_MM_SEG(0xFFFFFFFF)
#define USER_DS MAKE_MM_SEG(PAGE_OFFSET)
#define get_ds() (KERNEL_DS)
#define get_fs() (current->addr_limit)
#define set_fs(x) (current->addr_limit = (x))
如果使用，如下：
mm_segment_t fs = get_fs();
set_fs(KERNEL_FS);
//vfs_write();
vfs_read();
set_fs(fs);
详尽解释：系统调用本来是提供给用户空间的程序访问的，所以，对传递给它的参数（比如上面的buf），它默认会认为来自用户空间，在read或write()函数中，为了保护内核空间，一般会用get_fs()得到的值来和USER_DS进行比较，从而防止用户空间程序“蓄意”破坏内核空间；而现在要在内核空间使用系统调用，此时传递给read或write（）的参数地址就是内核空间的地址了，在USER_DS之上(USER_DS ~ KERNEL_DS)，如果不做任何其它处理，在write()函数中，会认为该地址超过了USER_DS范围，所以会认为是用户空间的“蓄意破坏”，从而不允许进一步的执行；为了解决这个问题； set_fs(KERNEL_DS);将其能访问的空间限制扩大到KERNEL_DS,这样就可以在内核顺利使用系统调用了！
在VFS的支持下，用户态进程读写任何类型的文件系统都可以使用read和write着两个系统调用，但是在linux内核中没有这样的系统调用我们如何操作文件呢？我们知道read和write在进入内核态之后，实际执行的是sys_read和sys_write，但是查看内核源代码，发现这些操作文件的函数都没有导出(使用EXPORT_SYMBOL导出)，也就是说在内核模块中是不能使用的，那如何是好？
通过查看sys_open的源码我们发现，其主要使用了do_filp_open()函数，该函数在fs/namei.c中，而在改文件中，filp_open函数也是调用了do_filp_open函数，并且接口和sys_open函数极为相似，调用参数也和sys_open一样，并且使用EXPORT_SYMBOL导出了，所以我们猜想该函数可以打开文件，功能和open一样。使用同样的查找方法，我们找出了一组在内核中操作文件的函数，如下：
| 功能 | 函数原型 |
| 打开文件 | struct file *filp_open(const char *filename,int flags, int mode) |
| 读取文件 | ssize_t vfs_read(struct file *file,char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) |
| 写文件 | ssize_t vfs_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *pos) |
| 关闭文件 | int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id) |
我们注意到在vfs_read和vfs_write函数中，其参数buf指向的用户空间的内存地址，如果我们直接使用内核空间的指针，则会返回-EFALUT。所以我们需要使用
set_fs()和get_fs()宏来改变内核对内存地址检查的处理方式，所以在内核空间对文件的读写流程为：
- mm_segment_tfs = get_fs();
- set_fs(KERNEL_FS);
- //vfs_write();
- vfs_read();
- set_fs(fs);
下面为一个在内核中对文件操作的例子：
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/fs.h>
- #include <linux/uaccess.h>
- static charbuf[] ="你好";
- static charbuf1[10];
- int __inithello_init(void)
- {
- struct file *fp;
- mm_segment_t fs;
- loff_t pos;
- printk("hello enter/n");
- fp =filp_open("/home/niutao/kernel_file",O_RDWR | O_CREAT,0644);
- if (IS_ERR(fp)){
- printk("create file error/n");
- return -1;
- }
- fs =get_fs();
- set_fs(KERNEL_DS);
- pos =0;
- vfs_write(fp,buf, sizeof(buf), &pos);
- pos =0;
- vfs_read(fp,buf1, sizeof(buf), &pos);
- printk("read: %s/n",buf1);
- filp_close(fp,NULL);
- set_fs(fs);
- return 0;
- }
- void __exithello_exit(void)
- {
- printk("hello exit/n");
- }
- module_init(hello_init);
- module_exit(hello_exit);
- MODULE_LICENSE("GPL");
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