linux 内核驱动中对文件的读写

以你之姓@ 2022-06-10 13:22 268阅读 0赞

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有时候需要在[Linux][] kernel--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指针都应该指向用户空间的内存，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][Link 1]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)。

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转载于： [http://blogold.chinaunix.net/u3/113927/showart\_2495807.html][http_blogold.chinaunix.net_u3_113927_showart_2495807.html]

在VFS的支持下，用户态进程读写 任何类型的文件系统都可以使用read和write着两个系统调用，但是在linux内核中没有这样的系统调用我们如何操作文件呢？我们知道read和 write在进入内核态之后，实际执行的是sys\_read和sys\_write，但是查看内核源代码，发现这些操作文件的函数都没有导出(使用 EXPORT\_SYMBOL导出)，也就是说在内核模块中是不能使用的，那如何是好？

通过查看sys\_open的源码我 们发现，其主要使用了do\_filp\_open()函数，该函数在fs/namei.c中，而在改文件中，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。使用同样的查找方法，我们找出了一组在内核中操作文件的函数，如下：

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px; border-collapse:collapse"> 
 <tbody> 
 <tr style="font-size:12px; line-height:normal; font-family:song,Verdana"> 
 <td align="center" style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 功能</td> 
 <td align="center" style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 函数原型</td> 
 </tr> 
 <tr style="font-size:12px; line-height:normal; font-family:song,Verdana"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 打开文件</td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> struct&nbsp;file *filp_open(const&nbsp;char&nbsp;*filename,&nbsp;int&nbsp;flags,&nbsp;int&nbsp;mode)</td> 
 </tr> 
 <tr style="font-size:12px; line-height:normal; font-family:song,Verdana"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 读取文件</td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> ssize_t&nbsp;vfs_read(struct&nbsp;file *file,&nbsp;char&nbsp;__user *buf,&nbsp;size_t&nbsp;count, loff_t *pos)</td> 
 </tr> 
 <tr style="font-size:12px; line-height:normal; font-family:song,Verdana"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 写文件</td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> ssize_t&nbsp;vfs_write(struct&nbsp;file *file,&nbsp;const&nbsp;char&nbsp;__user *buf,&nbsp;size_t&nbsp;count, loff_t *pos)</td> 
 </tr> 
 <tr style="font-size:12px; line-height:normal; font-family:song,Verdana"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> 关闭文件</td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:song,Verdana; line-height:normal"> int&nbsp;filp_close(struct&nbsp;file *filp, fl_owner_t id)</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

我们注意到在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。所以我们需要使用  
set\_fs()和get\_fs()宏来改变内核对内存地址检查的处理方式，所以在内核空间对文件的读写流程为：

1.  mm\_segment\_t fs = get\_fs();
2.  set\_fs(KERNEL\_FS);
3.  //vfs\_write();
4.  vfs\_read();
5.  set\_fs(fs);

下面为一个在内核中对文件操作的例子：

1. \#include <linux/module.h>
2. \#include <linux/init.h>
3. \#include <linux/fs.h>
4. \#include <linux/uaccess.h>
5. static char buf\[\] = "你好";
6. static char buf1\[10\];
7.  
8. int \_\_init hello\_init(void)
9. \{ 
10.     struct file \*fp;
11.     mm\_segment\_t fs;
12.     loff\_t pos;
13.     printk("hello enter\\n");
14.     fp = filp\_open("/home/niutao/kernel\_file", O\_RDWR | O\_CREAT, 0644);
15.     if (IS\_ERR(fp)) \{ 
16.         printk("create file error\\n");
17.         return -1;
18.     \}
19.     fs = get\_fs();
20.     set\_fs(KERNEL\_DS);
21.     pos = 0;
22.     vfs\_write(fp, buf, sizeof(buf), &pos);
23.     pos = 0;
24.     vfs\_read(fp, buf1, sizeof(buf), &pos);
25.     printk("read: %s\\n", buf1);
26.     filp\_close(fp, NULL);
27.     set\_fs(fs);
28.     return 0;
29. \}
30. void \_\_exit hello\_exit(void)
31. \{ 
32.     printk("hello exit\\n");
33. \}
34.  
35. module\_init(hello\_init);
36. module\_exit(hello\_exit);
37.  
38. MODULE\_LICENSE("GPL");

[Linux]: http://www.chinabyte.com/keyword/Linux/
[Link 1]: http://www.chinabyte.com/keyword/%E6%A8%A1%E5%9D%97/
[http_blogold.chinaunix.net_u3_113927_showart_2495807.html]: http://blogold.chinaunix.net/u3/113927/showart_2495807.html