Linux內(nèi)核驅動中對文件的讀寫
有時候需要在Linux kernel–大多是在需要調(diào)試的驅動程序–中讀寫文件數(shù)據(jù)。在kernel中操作文件沒有標準庫可用，需要利用kernel的一些函數(shù)，這些函數(shù)主 要有： filp_open() filp_close(), vfs_read() vfs_write()，set_fs()，get_fs()等，這些函數(shù)在linux/fs.h和asm/uaccess.h頭文件中聲明。下面介紹主要步驟
1. 打開文件
filp_open()在kernel中可以打開文件，其原形如下：
strcut file* filp_open(const char* filename, int open_mode, int mode);
該函數(shù)返回strcut file*結構指針，供后繼函數(shù)操作使用，該返回值用IS_ERR()來檢驗其有效性。
參數(shù)說明
filename： 表明要打開或創(chuàng)建文件的名稱(包括路徑部分)。在內(nèi)核中打開的文件時需要注意打開的時機，很容易出現(xiàn)需要打開文件的驅動很早就加載并打開文件，但需要打開的文件所在設備還不有掛載到文件系統(tǒng)中，而導致打開失敗。
open_mode： 文件的打開方式，其取值與標準庫中的open相應參數(shù)類似，可以取O_CREAT,O_RDWR,O_RDONLY等。
mode： 創(chuàng)建文件時使用，設置創(chuàng)建文件的讀寫權限，其它情況可以匆略設為0
2. 讀寫文件
kernel中文件的讀寫操作可以使用vfs_read()和vfs_write，在使用這兩個函數(shù)前需要說明一下get_fs()和 set_fs()這兩個函數(shù)。
vfs_read() vfs_write()兩函數(shù)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);
注意這兩個函數(shù)的第二個參數(shù)buffer，前面都有__user修飾符，這就要求這兩個buffer指針都應該指向用戶空間的內(nèi)存，如果對該參數(shù)傳 遞kernel空間的指針，這兩個函數(shù)都會返回失敗-EFAULT。但在Kernel中，我們一般不容易生成用戶空間的指針，或者不方便獨立使用用戶空間 內(nèi)存。要使這兩個讀寫函數(shù)使用kernel空間的buffer指針也能正確工作，需要使用set_fs()函數(shù)或宏(set_fs()可能是宏定義)，如 果為函數(shù)，其原形如下：
void set_fs(mm_segment_t fs);
該函數(shù)的作用是改變kernel對內(nèi)存地址檢查的處理方式，其實該函數(shù)的參數(shù)fs只有兩個取值：USER_DS，KERNEL_DS，分別代表 用戶空間和內(nèi)核空間，默認情況下，kernel取值為USER_DS，即對用戶空間地址檢查并做變換。那么要在這種對內(nèi)存地址做檢查變換的函數(shù)中使用內(nèi)核 空間地址，就需要使用set_fs(KERNEL_DS)進行設置。get_fs()一般也可能是宏定義，它的作用是取得當前的設置，這兩個函數(shù)的一般用 法為：
mm_segment_t old_fs;
old_fs = get_fs();
set_fs(KERNEL_DS);
…… //與內(nèi)存有關的操作
set_fs(old_fs);
還有一些其它的內(nèi)核函數(shù)也有用__user修飾的參數(shù)，在kernel中需要用kernel空間的內(nèi)存代替時，都可以使用類似辦法。
使用vfs_read()和vfs_write()***需要注意的一點是***的參數(shù)loff_t * pos，pos所指向的值要初始化，表明從文件的什么地方開始讀寫。
3. 關閉讀寫文件
int filp_close(struct file*filp, fl_owner_t id);
該函數(shù)的使用很簡單，第二個參數(shù)一般傳遞NULL值，也有用current->files作為實參的。
使用以上函數(shù)的其它注意點：
1. 其實Linux Kernel組成員不贊成在kernel中獨立的讀寫文件(這樣做可能會影響到策略和安全問題)，對內(nèi)核需要的文件內(nèi)容，***由應用層配合完成。
2. 在可加載的kernel module中使用這種方式讀寫文件可能使模塊加載失敗，原因是內(nèi)核可能沒有EXPORT你所需要的所有這些函數(shù)。
3. 分析以上某些函數(shù)的參數(shù)可以看出，這些函數(shù)的正確運行需要依賴于進程環(huán)境，因此，有些函數(shù)不能在中斷的handle或Kernel中不屬于任可進程的代碼 中執(zhí)行，否則可能出現(xiàn)崩潰，要避免這種情況發(fā)生，可以在kernel中創(chuàng)建內(nèi)核線程，將這些函數(shù)放在線程環(huán)境下執(zhí)行(創(chuàng)建內(nèi)核線程的方式請參數(shù) kernel_thread()函數(shù))。
在VFS的支持下，用戶態(tài)進程讀寫 任何類型的文件系統(tǒng)都可以使用read和write著兩個系統(tǒng)調(diào)用，但是在linux內(nèi)核中沒有這樣的系統(tǒng)調(diào)用我們?nèi)绾尾僮魑募?我們知道read和 write在進入內(nèi)核態(tài)之后，實際執(zhí)行的是sys_read和sys_write，但是查看內(nèi)核源代碼，發(fā)現(xiàn)這些操作文件的函數(shù)都沒有導出(使用 EXPORT_SYMBOL導出)，也就是說在內(nèi)核模塊中是不能使用的，那如何是好?
通過查看sys_open的源碼我 們發(fā)現(xiàn)，其主要使用了do_filp_open()函數(shù)，該函數(shù)在fs/namei.c中，而在改文件中，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導出 了，所以我們猜想該函數(shù)可以打開文件，功能和open一樣。使用同樣的查找方法，我們找出了一組在內(nèi)核中操作文件的函數(shù)，如下：
| 功能 | 函數(shù)原型 |
| 打開文件 | struct file *filp_open(const char *filename, int flags, int mode) |
| 讀取文件 | ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) |
| 寫文件 | ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) |
| 關閉文件 | int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id) |
我們注意到在vfs_read和vfs_write函數(shù)中，其參數(shù)buf指向的用戶空間的內(nèi)存地址，如果我們直接使用內(nèi)核空間的指針，則會返回-EFALUT。所以我們需要使用
set_fs()和get_fs()宏來改變內(nèi)核對內(nèi)存地址檢查的處理方式，所以在內(nèi)核空間對文件的讀寫流程為：
- mm_segment_t fs = get_fs();
- set_fs(KERNEL_FS);
- //vfs_write();
- vfs_read();
- set_fs(fs);
下面為一個在內(nèi)核中對文件操作的例子：
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/fs.h>
- #include <linux/uaccess.h>
- static char buf[] = "你好";
- static char buf1[10];
- int __init hello_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 __exit hello_exit(void)
- {
- printk("hello exit\n");
- }
- module_init(hello_init);
- module_exit(hello_exit);
- MODULE_LICENSE("GPL");
