linux 内核函数 filp_open、filp_read、IS_ERR、ERR_PTR、PTR_ERR 简介

小鱼儿 2021-07-28 21:17 684阅读 0赞

### 内核态文件操作 ###

在用户态，我们操作文件可以用C库函数：open()、read()、write()等，但是在内核态没有库函数可用，这时就需要用内核的一些函数：filp\_open、filp\_close、vfs\_read、vfs\_write、set\_fs、get\_fs等函数，

在下列文件中声明：

> /usr/lib/modules/3.10.0-514.el7.x86\_64/build/include/linux/fs.h
> 
> /usr/lib/modules/3.10.0-514.el7.x86\_64/build/include/asm-generic/uaccess.h
> 
> /usr/src/kernels/3.10.0-514.el7.x86\_64/include/linux/err.h

extern struct file *filp_open(const char *, int, umode_t);

参数说明：

第一个参数表明要打开或创建文件的名称(包括路径部分)。

第二个参数文件的打开方式，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。

第三个参数创建文件时使用，设置创建文件的读写权限，其它情况可以设为0

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。

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

参数说明：

第一个参数是filp\_open返回的file结构体指针

第二个参数基本上都是NULL

extern ssize_t vfs_read(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    extern ssize_t vfs_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

参数说明：

第一个参数是filp\_open返回的file结构体指针

第二个参数是buf，注意，这个参数有用\_\_user修饰，表明buf指向用户空间的地址，如果传入内核空间的地址，就会报错，并返回-EFAULT，

但在kernel中，要使这两个读写函数使用kernel空间的buf指针也能正确工作，需要使用set\_fs()

static inline 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，

它的作用是取得当前的设置，这两个函数的一般用法为：

filp_open()
    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);
    filp_close

下图是在内核中找到的一个场景：

![70][]

第三个参数表明文件要读写的起始位置。

几点说明：（从网上查找的资料）

> 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)，对内核需要操作的文件内容，最好由应用层配合完成。
> 
> 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中不属于任何进程的代码中执行，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。

#ifndef _LINUX_ERR_H
    #define _LINUX_ERR_H
    
    #include <linux/compiler.h>
    
    #include <asm/errno.h>
    
    /*
     * Kernel pointers have redundant information, so we can use a
     * scheme where we can return either an error code or a dentry
     * pointer with the same return value.
     *
     * This should be a per-architecture thing, to allow different
     * error and pointer decisions.
     */
    #define MAX_ERRNO       4095
    
    #ifndef __ASSEMBLY__
    
    #define IS_ERR_VALUE(x) unlikely((x) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)
    
    static inline void * __must_check ERR_PTR(long error)
    {
            return (void *) error;
    }
    
    static inline long __must_check PTR_ERR(const void *ptr)
    {
            return (long) ptr;
    }
    
    static inline long __must_check IS_ERR(const void *ptr)
    {
            return IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
    }
    
    static inline long __must_check IS_ERR_OR_NULL(const void *ptr)
    {
            return !ptr || IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
    }

内核中的函数常常返回指针，问题是如果出错，也希望能够通过返回的指针体现出来。

总体来说，如果内核返回一个指针，那么有三种情况：合法指针，NULL指针和非法指针。

在linux中有很多错误，内核错误可以参考include/asm-generic/errno-base.h。

MAX\_ERRNO定义了最大的错误号4095，刚好是4k-1，所以内核地址保留了0xfffffffffffff000~0xffffffffffffffff（64位系统）用来记录错误号，也就是说这段地址和Linux的错误号是一一对应的，可以用上面的内联函数相互转化。

比如说我们上面的filp\_open函数返回值，用IS\_ERR函数去检查，如果地址落在0xfffffffffffff000~0xffffffffffffffff范围，

表示filp\_open函数失败，IS\_ERR为1，同时filp\_open返回的错误地址对应一个linux的错误号，

如果想知道是哪个错误号，就用PTR\_ERR函数来转化。

错误的返回地址和错误号是可以使用 ERR\_PTR、PTR\_ERR 相互转化的。

[70]: /images/20210728/ec1d295b8ffc47e2af089c7b79b3f76e.png