Linux内核中读写文件数据的方法

Linux内核中读写文件数据的方法

有时候需要在Linuxkernel－－大多是在需要调试的驱动程序－－中读写文件数据。在kernel中操作文件没有标准库可用，需要利用kernel的一些函数，这些函数主要有： filp_open() filp_close(), vfs_read()vfs_write()，set_fs()，get_fs()等，这些函数在linux/fs.h和asm/uaccess.h头文件中声明。下面介绍主要步骤：

1. 打开文件

filp_open()在kernel中可以打开文件，其原形如下：

strcut file* filp_open(const char* filename, int open_mode, int mode);

该函数返回strcut file*结构指针，供后继函数操作使用，该返回值用IS＿ERR（）来检验其有效性。

参数说明

filename：表明要打开或创建文件的名称（包括路径部分）。在内核中打开的文件时需要注意打开的时机，很容易出现需要打开文件的驱动很早就加载并打开文件，但需要打开的文件所在设备还不有挂载到文件系统中，而导致打开失败。

open_mode：文件的打开方式，其取值与标准库中的open相应参数类似，可以取O_CREAT,O_RDWR,O_RDONLY等。

mode：创建文件时使用，设置创建文件的读写权限，其它情况可以匆略设为0

2. 读写文件

kernel中文件的读写操作可以使用vfs_read()和vfs_write，在使用这两个函数前需要说明一下get_fs()和 set_fs()这两个函数。

vfs_read() vfs_write()两函数的原形如下：

ssize_t vfs_read(struct file* filp, char __user* buffer, size_t len, loff_t* pos);

ssize_t vfs_write(struct file* filp, const char __user* buffer, size_t len, loff_t* pos);

注意这两个函数的第二个参数buffer，前面都有__user修饰符，这就要求这两个buffer指针都应该指向用空的内存，如果对该参数传递kernel空间的指针，这两个函数都会返回失败-EFAULT。但在Kernel中，我们一般不容易生成用户空间的指针，或者不方便独立使用用户空间内存。要使这两个读写函数使用kernel空间的buffer指针也能正确工作，需要使用set_fs()函数或宏（set_fs()可能是宏定义），如果为函数，其原形如下：

void set_fs(mm_segment_t fs);

该函数的作用是改变kernel对内存地址检查的处理方式，其实该函数的参数fs只有两个取值：USER＿DS，KERNEL＿DS，分别代表用户空间和内核空间，默认情况下，kernel取值为USER_DS，即对用户空间地址检查并做变换。那么要在这种对内存地址做检查变换的函数中使用内核空间地址，就需要使用set_fs(KERNEL_DS)进行设置。get_fs()一般也可能是宏定义，它的作用是取得当前的设置，这两个函数的一般用法为：

mm_segment_t old_fs;

old_fs = get_fs();

set_fs(KERNEL_DS);

...... //与内存有关的操作

set_fs(old_fs);

还有一些其它的内核函数也有用__user修饰的参数，在kernel中需要用kernel空间的内存代替时，都可以使用类似办法。

使用vfs_read()和vfs_write()最后需要注意的一点是最后的参数loff_t * pos，pos所指向的值要初始化，表明从文件的什么地方开始读写。

3. 关闭读写文件

int filp_close(struct file*filp, fl_owner_t id);

该函数的使用很简单，第二个参数一般传递NULL值，也有用current->files作为实参的。

使用以上函数的其它注意点：

1. 其实Linux Kernel组成员不赞成在kernel中独立的读写文件（这样做可能会影响到策略和安全问题），对内核需要的文件内容，最好由应用层配合完成。

2. 在可加载的kernel module中使用这种方式读写文件可能使模块加载失败，原因是内核可能没有EXPORT你所需要的所有这些函数。

3.分析以上某些函数的参数可以看出，这些函数的正确运行需要依赖于进程环境，因此，有些函数不能在中断的handle或Kernel中不属于任可进程的代码中执行，否则可能出现崩溃，要避免这种情况发生，可以在kernel中创建内核线程，将这些函数放在线程环境下执行(创建内核线程的方式请参数kernel_thread()函数）。

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/syscalls.h>
#include <asm/unistd.h>
#include <asm/uaccess.h>

#define MY_FILE "/root/LogFile"

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, exiting...\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);
        filp_close(file, NULL);
        file = NULL;
        return 0;
}

static void __exit fini(void)
{
if(file != NULL)
filp_close(file, NULL);
}

module_init(init);
module_exit(fini);
MODULE_LICENSE("GPL");

在linux内核编程时，进行系统调用（如文件操作）时如果要访问用户空间的参数，可以用set_fs,get_ds等函数实现访问。get_ds获得kernel的内存访问地址范围（IA32是4GB），set_fs是设置当前的地址访问限制值，get_fs是取得当前的地址访问限制值。进程由用户态进入核态，linux进程的task_struct结构中的成员addr_limit也应该由0xBFFFFFFF变为0xFFFFFFFF(addr_limit规定了进程有用户态核内核态情况下的虚拟地址空间访问范围，在用户态，addr_limit成员值是0xBFFFFFFF也就是有3GB的虚拟内存空间，在核心态，是0xFFFFFFFF,范围扩展了1GB)。使用这三个函数是为了安全性。为了保证用户态的地址所指向空间有效，函数会做一些检查工作。
如果set_fs(KERNEL_DS),函数将跳过这些检查。
下面是典型用法：

//#define __NO_VERSION__
//#define __KERNEL__
//#define MODULE
#define __KERNEL_SYSCALLS__
#include <linux/unistd.h>;
#include <linux/init.h>;
#include <linux/module.h>;
#include <linux/kernel.h>;
#include <linux/file.h>;
#include <linux/fs.h>;
#include <linux/sched.h>;
#include <asm/uaccess.h>;
#include <asm/processor.h>;

int init_module(void)
{
         struct file *fp = NULL;
         char buf[100];
         int i;

for(i=0;i<100;i++)
                 buf[i] = 0;
         printk(KERN_ALERT "Hello ,ftyjl.\n");
         fp = filp_open("/tmp/8899", 3, 0);   //内核的open函数，返回struct file *
         if (fp == NULL)
                 printk(KERN_ALERT "filp_open error ,ftyjl.\n");
         mm_segment_t old_fs=get_fs(); //下面两步，设置当前执行环境为kernel_ds，否则会出错
         set_fs(get_ds());
         fp->f_op->read(fp, buf, 2, &fp->f_pos);   //调用真正的read
         set_fs(old_fs);   //恢复环境
         printk(KERN_ALERT "ftyjl:read[%s]\n", buf);

printk(KERN_ALERT "end of Hello ,ftyjl.\n");
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
printk(KERN_ALERT "Good bye, ftyjl\n");
}

MODULE_LICENSE("Proprietary");

转自：http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/8193954

http://blog.csdn.net/zjc0888/article/details/7266730

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