需要了解的Linux內(nèi)核讀寫(xiě)文件

1. 序曲

在用戶(hù)態(tài)，讀寫(xiě)文件可以通過(guò)read和write這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成(C庫(kù)函數(shù)實(shí)際上是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的封裝)。?但是，在內(nèi)核態(tài)沒(méi)有這樣的系統(tǒng)調(diào)用，我們又該如何讀寫(xiě)文件呢？
閱讀linux內(nèi)核源碼，可以知道陷入內(nèi)核執(zhí)行的是實(shí)際執(zhí)行的是sys_read和sys_write這兩個(gè)函數(shù)，但是這兩個(gè)函數(shù)沒(méi)有使用EXPORT_SYMBOL導(dǎo)出，也就是說(shuō)其他模塊不能使用。

在fs/open.c中系統(tǒng)調(diào)用具體實(shí)現(xiàn)如下(內(nèi)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;
}
跟蹤do_sys_open()函數(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它主要使用了do_filp_open()函數(shù)該函數(shù)在fs/namei.c中，而在該文件中，filp_open函數(shù)也是調(diào)用了do_filp_open函數(shù)，并且接口和sys_open函數(shù)極為相似，調(diào)用參數(shù)也和sys_open一樣，并且使用EXPORT_SYMBOL導(dǎo)出了，所以我們猜想該函數(shù)可以打開(kāi)文件，功能和open一樣。
使用同樣的方法，找出了一組在內(nèi)核操作文件的函數(shù)，如下：
功能函數(shù)原型打開(kāi)文件struct file *filp_open(const char *filename, int flags, int mode)讀文件ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)寫(xiě)文件ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)關(guān)閉文件int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)?
2. 內(nèi)核空間與用戶(hù)空間
在vfs_read和vfs_write函數(shù)中，其參數(shù)buf指向的用戶(hù)空間的內(nèi)存地址，如果我們直接使用內(nèi)核空間的指針，則會(huì)返回-EFALUT。這是因?yàn)槭褂玫木彌_區(qū)超過(guò)了用戶(hù)空間的地址范圍。一般系統(tǒng)調(diào)用會(huì)要求你使用的緩沖區(qū)不能在內(nèi)核區(qū)。這個(gè)可以用set_fs()、get_fs()來(lái)解決。
在include/asm/uaccess.h中，有如下定義：?
#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);
?
詳盡解釋?zhuān)合到y(tǒng)調(diào)用本來(lái)是提供給用戶(hù)空間的程序訪問(wèn)的，所以，對(duì)傳遞給它的參數(shù)（比如上面的buf），它默認(rèn)會(huì)認(rèn)為來(lái)自用戶(hù)空間，在read或write()函數(shù)中，為了保護(hù)內(nèi)核空間，一般會(huì)用get_fs()得到的值來(lái)和USER_DS進(jìn)行比較，從而防止用戶(hù)空間程序“蓄意”破壞內(nèi)核空間；而現(xiàn)在要在內(nèi)核空間使用系統(tǒng)調(diào)用，此時(shí)傳遞給read或write（）的參數(shù)地址就是內(nèi)核空間的地址了，在USER_DS之上(USER_DS ~ KERNEL_DS)，如果不做任何其它處理，在write()函數(shù)中，會(huì)認(rèn)為該地址超過(guò)了USER_DS范圍，所以會(huì)認(rèn)為是用戶(hù)空間的“蓄意破壞”，從而不允許進(jìn)一步的執(zhí)行；為了解決這個(gè)問(wèn)題； set_fs(KERNEL_DS);將其能訪問(wèn)的空間限制擴(kuò)大到KERNEL_DS,這樣就可以在內(nèi)核順利使用系統(tǒng)調(diào)用了！?
?
?
3. 完整的例子
#include ?
#include ?
#include ?
#include ?
#include ?
#include oracle?
#include ssh?
#include linux?
#include ?
#define MY_FILE "/root/tmp.txt"?
char buf[128];?
struct file *file = NULL;?
?
static int __init init(void)?
{?
mm_segment_t old_fs;?
printk("Hello, I'm the module that intends to write messages to file/n");?
if(file == NULL)?
????file = filp_open(MY_FILE, O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT, 0644);?
if (IS_ERR(file)) {?
printk("error?occured while opening file %s./n", MY_FILE);?
return 0;?
}?
sprintf(buf,"%s", "The Messages.");?
old_fs = get_fs();?
set_fs(KERNEL_DS);?
file->f_op->write(file, (char *)buf, sizeof(buf), &file->f_pos);?
set_fs(old_fs);?
return 0;?
}
static void __exit exit(void)?
{?
if(file != NULL)?
filp_close(file, NULL); oracle?
}
module_init(init);?
module_exit(exit);?
MODULE_LICENSE("GPL");?
?
注意：
1.?一個(gè)是要記得編譯的時(shí)候加上-D__KERNEL_SYSCALLS__?
?


?