Linux核心中讀寫檔案

Linux核心中讀寫檔案資料的方法
 
 
有時候需要在Linuxkernel－－大多是在需要除錯的驅動程式－－中讀寫檔案資料。在kernel中操作檔案沒有標準庫可用，需要利用kernel的一些函式，這些函式主要有： filp_open() filp_close(), vfs_read()vfs_write()，set_fs()，get_fs()等，這些函式在linux/fs.h和asm/uaccess.h標頭檔案中宣告。下面介紹主要步驟：

1. 開啟檔案

filp_open()在kernel中可以開啟檔案，其原形如下：

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

該函式返回strcut file*結構指標，供後繼函式操作使用，該返回值用IS＿ERR（）來檢驗其有效性。

引數說明

filename： 表明要開啟或建立檔案的名稱（包括路徑部分）。在核心中開啟的檔案時需要注意開啟的時機，很容易出現需要開啟檔案的驅動很早就載入並開啟檔案，但需要開啟的檔案所在裝置還不有掛載到檔案系統中，而導致開啟失敗。

open_mode： 檔案的開啟方式，其取值與標準庫中的open相應引數類似，可以取O_CREAT,O_RDWR,O_RDONLY等。

mode：  建立檔案時使用，設定建立檔案的讀寫許可權，其它情況可以匆略設為0

 

2. 讀寫檔案

 

kernel中檔案的讀寫操作可以使用vfs_read()和vfs_write，在使用這兩個函式前需要說明一下get_fs()和 set_fs()這兩個函式。

vfs_read() vfs_write()兩函式的原形如下：

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);

注意這兩個函式的第二個引數buffer，前面都有__user修飾符，這就要求這兩個buffer指標都應該指向用空的記憶體，如果對該引數傳遞kernel空間的指標，這兩個函式都會返回失敗-EFAULT。但在Kernel中，我們一般不容易生成使用者空間的指標，或者不方便獨立使用使用者空間記憶體。要使這兩個讀寫函式使用kernel空間的buffer指標也能正確工作，需要使用set_fs()函式或巨集（set_fs()可能是巨集定義），如果為函式，其原形如下：

void set_fs(mm_segment_t fs);

該函式的作用是改變kernel對記憶體地址檢查的處理方式，其實該函式的引數fs只有兩個取值：USER＿DS，KERNEL＿DS，分別代表使用者空間和核心空間，預設情況下，kernel取值為USER_DS，即對使用者空間地址檢查並做變換。那麼要在這種對記憶體地址做檢查變換的函式中使用核心空間地址，就需要使用set_fs(KERNEL_DS)進行設定。get_fs()一般也可能是巨集定義，它的作用是取得當前的設定，這兩個函式的一般用法為：

mm_segment_t old_fs;

old_fs = get_fs();

set_fs(KERNEL_DS);

...... //與記憶體有關的操作

set_fs(old_fs);

還有一些其它的核心函式也有用__user修飾的引數，在kernel中需要用kernel空間的記憶體代替時，都可以使用類似辦法。

使用vfs_read()和vfs_write()最後需要注意的一點是最後的引數loff_t * pos，pos所指向的值要初始化，表明從檔案的什麼地方開始讀寫。

 

3. 關閉讀寫檔案

 

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

該函式的使用很簡單，第二個引數一般傳遞NULL值，也有用current->files作為實參的。

 

使用以上函式的其它注意點：

 

1. 其實Linux Kernel組成員不贊成在kernel中獨立的讀寫檔案（這樣做可能會影響到策略和安全問題），對核心需要的檔案內容，最好由應用層配合完成。

2. 在可載入的kernel module中使用這種方式讀寫檔案可能使模組載入失敗，原因是核心可能沒有EXPORT你所需要的所有這些函式。

3.分析以上某些函式的引數可以看出，這些函式的正確執行需要依賴於程式環境，因此，有些函式不能在中斷的handle或Kernel中不屬於任可程式的程式碼中執行，否則可能出現崩潰，要避免這種情況發生，可以在kernel中建立核心執行緒，將這些函式放線上程環境下執行(建立核心執行緒的方式請引數kernel_thread()函式）。
 

#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核心程式設計時，進行系統呼叫（如檔案操作）時如果要訪問使用者空間的引數，可以用set_fs,get_ds等函式實現訪問。get_ds獲得kernel的記憶體訪問地址範圍（IA32是4GB），set_fs是設定當前的地址訪問限制值，get_fs是取得當前的地址訪問限制值。程式由使用者態進入核態，linux程式的task_struct結構中的成員addr_limit也應該由0xBFFFFFFF變為0xFFFFFFFF(addr_limit規定了程式有使用者態核核心態情況下的虛擬地址空間訪問範圍，在使用者態，addr_limit成員值是0xBFFFFFFF也就是有3GB的虛擬記憶體空間，在核心態，是0xFFFFFFFF,範圍擴充套件了1GB)。使用這三個函式是為了安全性。為了保證使用者態的地址所指向空間有效，函式會做一些檢查工作。 
如果set_fs(KERNEL_DS),函式將跳過這些檢查。
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);   //核心的open函式，返回struct file *
         if (fp == NULL)
                 printk(KERN_ALERT "filp_open error ,ftyjl.\n");
         mm_segment_t old_fs=get_fs(); //下面兩步，設定當前執行環境為kernel_ds，否則會出錯
         set_fs(get_ds());
         fp->f_op->read(fp, buf, 2, &fp->f_pos);   //呼叫真正的read
         set_fs(old_fs);   //恢復環境
         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");

 

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

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