Linux内核读写文件

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！

3. 完整的例子
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/mm.h> oracle
#include <linux/syscalls.h> ssh
#include <asm/unistd.h> linux
#include <asm/uaccess.h>
#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. 一个是要记得编译的时候加上-D__KERNEL_SYSCALLS__

(责任编辑：IT)

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