在linux内核中读写文件

转载： 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)：

 1 SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)
 2 {
 3        long ret;
 4        if (force_o_largefile())
 5               flags |= O_LARGEFILE;
 6 
 7        ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);
 8 
 9        /* avoid REGPARM breakage on x86: */
10        asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);
11        return ret;
12 }

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：

 1 #define MAKE_MM_SEG(s) ((mm_segment_t) { (s) })
 2 
 3 #define KERNEL_DS MAKE_MM_SEG(0xFFFFFFFF)
 4 
 5 #define USER_DS MAKE_MM_SEG(PAGE_OFFSET)
 6 
 7 #define get_ds() (KERNEL_DS)
 8 
 9 #define get_fs() (current->addr_limit)
10 
11 #define set_fs(x) (current->addr_limit = (x))

如果使用，如下：

1 mm_segment_t fs = get_fs();
2 
3 set_fs(KERNEL_FS);
4 
5 //vfs_write();
6 
7 vfs_read();
8 
9 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！

3、示例：

 1 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": %s: " fmt, __func__
 2 
 3 #include <linux/init.h>
 4 #include <linux/module.h>
 5 #include <linux/fs.h>
 6 #include <linux/uaccess.h>
 7 
 8 #define FILE_READ "/tmp/read.txt"
 9 #define FILE_WRITE "/tmp/write.txt"
10 
11 static int __init file_rw_init(void)
12 {
13     struct file *fp_r;
14     struct file *fp_w;
15     mm_segment_t fs;
16     loff_t pos = 0;
17     int ret = 0;
18     char buf[20] = {0};
19     int count = 0;
20 
21 
22     pr_info("enter.\n");
23 
24     fp_r = filp_open(FILE_READ, O_RDONLY, 0644);
25     if (IS_ERR(fp_r)) {
26         pr_err("faild to open %s\n", FILE_READ);
27         ret = -ENODEV;
28         goto out;
29     }
30 
31     fp_w = filp_open(FILE_WRITE, O_RDWR|O_CREAT, 0644);
32     if (IS_ERR(fp_w)) {
33         pr_err("faild to open %s\n", FILE_WRITE);
34         ret = -ENODEV;
35         goto out1;
36     }
37 
38     fs = get_fs();
39     set_fs(KERNEL_DS);
40     pos = 0;
41     count = vfs_read(fp_r, buf, sizeof(buf), &pos);
42     if (count < 0) {
43         pr_err("failed to read: %d\n", count);
44         goto out2;
45     }
46     pr_info("read %s from %s\n", buf, FILE_READ);
47 
48     pos = 0;
49     count = vfs_write(fp_w, buf, count, &pos);
50     if (count < 0) {
51         pr_err("failed write: %d\n", count);
52         goto out2;
53     }
54     pr_info("write %s to %s\n", buf, FILE_WRITE);
55 
56     filp_close(fp_r, NULL);
57     filp_close(fp_w, NULL);
58 
59     set_fs(fs);
60 
61     return 0;
62 out2:
63     set_fs(fs);
64     filp_close(fp_w, NULL);
65 out1:
66     filp_close(fp_r, NULL);
67 out:
68     return ret;
69 }
70 module_init(file_rw_init);
71 
72 static void __exit file_rw_exit(void)
73 {
74     pr_info("enter.\n");
75 }
76 module_exit(file_rw_exit);
77 
78 MODULE_LICENSE("GPL");


实验：

[root@tiny4412 ]# mount -t nfs -o nolock 192.168.2.6:/nfsroot /mnt
[root@tiny4412 ]# cd mnt/
[root@tiny4412 mnt]# ls
fdt                gpio_demo.ko       interrupt_demo.ko  shadow3
file_rw.ko         group              passwd             trace
[root@tiny4412 mnt]# insmod file_rw.ko 
[   46.952611] file_rw: file_rw_init: enter.
[   46.952723] file_rw: file_rw_init: faild to open /tmp/read.txt
insmod: can't insert 'file_rw.ko': No such device
[root@tiny4412 mnt]# lsmod
[root@tiny4412 mnt]# echo "Hello World" > /tmp/read.txt
[root@tiny4412 mnt]# insmod file_rw.ko 
[   94.510880] file_rw: file_rw_init: enter.
[root@tiny4412 mnt]# cat /tmp/write.txt 
Hello World

 

完。

posted @ 2016-12-23 23:32  dolinux  阅读(1696)  评论(0)    收藏  举报