使用call_usermodehelper在Linux内核中直接运行用户空间程序

系统初始化时kernel_init在内核态创建和运行应用程序以完成系统初始化.  内核刚刚启动时，只有内核态的代码，后来在init过程中，在内核态运行了一些初始化系统的程序，才产生了工作在用户空间的进程。

/* This is a non __init function. Force it to be noinline otherwise gcc
 736 * makes it inline to init() and it becomes part of init.text section
 737 */ 738static noinline int init_post(void) 739{ 740 /* need to finish all async __init code before freeing the memory */ 741 async_synchronize_full(); 742 free_initmem(); 743 mark_rodata_ro(); 744 system_state = SYSTEM_RUNNING; 745 numa_default_policy(); 746 747 748 current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE; 749 750 if (ramdisk_execute_command) { 751 run_init_process(ramdisk_execute_command); 752 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n", 753 ramdisk_execute_command); 754 } 755 756 /* 757         * We try each of these until one succeeds.
 758         *
 759         * The Bourne shell can be used instead of init if we are
 760         * trying to recover a really broken machine.

从内核里发起系统调用，执行用户空间的应用程序。这些程序自动以root权限运行。

 761 */ 762 if (execute_command) { 763 run_init_process(execute_command); 764 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting " 765 "defaults...\n", execute_command); 766 } 767 run_init_process("/sbin/init"); 768 run_init_process("/etc/init"); 769 run_init_process("/bin/init"); 770 run_init_process("/bin/sh"); 771 772 panic("No init found.  Try passing init= option to kernel. " 773 "See Linux Documentation/init.txt for guidance."); 774}

        这里，内核以此运行用户空间程序，从而产生了第一个以及后续的用户空间程序。一般用户空间的init程序，会启动一个shell，供用户登录系统用。这样，这里启动的用户空间的程序永远不会返回。也就是说，正常情况下不会到panic这一步。系统执行到这里后，Linux Kernel的初始化就完成了。

此时，中断和中断驱动的进程调度机制，调度着各个线程在各个CPU上的运行。中断处理程序不时被触发。操作系统上，一些内核线程在内核态运行，它们永远不会进入用户态。它们也根本没有用户态的内存空间。它的线性地址空间就是共享内核的线性地址空间。一些用户进程通常在用户态运行。有时因为系统调用而进入内核态，调用内核提供的系统调用处理函数。

       但有时，我们的内核模块或者内核线程希望能够调用用户空间的进程，就像系统启动之初函数做的那样。

       如，一个驱动从内核得到了主从设备号，然后需要使用mknod命令创建相应的设备文件，以供用户调用该设备。

       如，一个内核线程想神不知鬼不觉地偷偷运行个有特权的后门程序。等等之类的需求。

函数

          Linux  Kernel提供了函数，让我们能够异常方便地在内核中直接新建和运行用户空间程序，并且该程序具有root权限。

函数源码

include/linux/kmod.h头文件

 105static inline int 106call_usermodehelper(char *path, char **argv, char **envp, enum umh_wait wait) 107{ 108 return call_usermodehelper_fns(path, argv, envp, wait, 109 NULL, NULL, NULL); 110} 111 50enum umh_wait { 51 UMH_NO_WAIT = -1, /* don't wait at all */ 52 UMH_WAIT_EXEC = 0, /* wait for the exec, but not the process */ 53 UMH_WAIT_PROC = 1, /* wait for the process to complete */ 54}; 55 56struct subprocess_info { 57 struct work_struct work; 58 struct completion *complete; 59 char *path; 60 char **argv; 61 char **envp; 62 enum umh_wait wait; 63 int retval; 64 int (*init)(struct subprocess_info *info); 65 void (*cleanup)(struct subprocess_info *info); 66 void *data; 67}; 68

kernel/kmod.c实现文件

377/**
 378 * call_usermodehelper_exec - start a usermode application
 379 * @sub_info: information about the subprocessa  子进程的信息
 380 * @wait: wait for the application to finish and return status.等待用户空间子进程的完成，并返回结果。
 381 *        when -1 don't wait at all, but you get no useful error back when
 382 *        the program couldn't be exec'ed. This makes it safe to call
 383 *        from interrupt context.

-1表示根本不等待子进程的结束。 但这样你就无法对程序出错进行处理。
如果使用中断上下文，那么应该使用-1。

 384 * 385 * Runs a user-space application.  The application is started 386 * asynchronously if wait is not set, and runs as a child of keventd. 387 * (ie. it runs with full root capabilities).

call_usermodehelper_exec函数，启动一个用户模式应用程序。
如果不设置wait，那么用户空间应用程序会被异步启动。  它在root权限下运行。是keventd进程的子进程。

 388 */
 389int call_usermodehelper_exec(struct subprocess_info *sub_info, 390 enum umh_wait wait) 391{ 392 DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done); 393 int retval = 0; 394 395 helper_lock(); 396 if (sub_info->path[0] == '\0') 397 goto out; 398 399 if (!khelper_wq || usermodehelper_disabled) { 400 retval = -EBUSY; 401 goto out; 402 } 403 404 sub_info->complete = &done; 405 sub_info->wait = wait;
 406把用户空间进程挂到一个内核工作队列。 407 queue_work(khelper_wq, &sub_info->work); 408 if (wait == UMH_NO_WAIT) /* task has freed sub_info */ 409 goto unlock;

如果等待子进程完成，那么执行等待完成的  事件通知和唤醒。就是说当前进程sleep。
 

410 wait_for_completion(&done); 411 retval = sub_info->retval; 412 413out: 414 call_usermodehelper_freeinfo(sub_info);
 415unlock: 416 helper_unlock(); 417 return retval; 418}
 419EXPORT_SYMBOL(call_usermodehelper_exec); 420 421void __init usermodehelper_init(void) 422{ 423 khelper_wq = create_singlethread_workqueue("khelper"); 424 BUG_ON(!khelper_wq); 425}

 

     call_usermodeheler函数创建的新程序，实际上作为keventd内核线程的子进程运行，因此具有root权限。  新程序被扔到内核工作队列“khelper”中进行执行。

      如果使用，那么因为没有在事件队列上等待和唤醒的过程，因此可以在中断上下文中使用。 它的返回值是新程序的返回值。

 

call_usermodeheler函数的参数用法和execve函数一致 

#include<>

intexecve(const char *filename, char *const argv[],
char*const envp[]);

execve函数使用sys_execve系统调用，创建并运行一个程序。

argv是字符串数组，是将被传输到新程序的参数。

envp是字符串数组，格式是key=value，是传递给新程序的环境变量。

argv和envp都必须以NULL字符串结束。以此来实现对字符串数组的大小统计。 

     这就意味着，argv的第一个参数也必须是程序名。也就是说，新程序名要在execve函数的参数中传递两次。

 

     这和main函数传入的参数格式也是一致的。

#include 
#include 
#include  //#include  #include /*printk()*/ #include 

MODULE_LICENSE("GPL"); static __init int test_driver_init(void)
{ int result = 0; char cmd_path[] = "/usr/bin/touch"; char* cmd_argv[] = {cmd_path,"/touchX.txt",NULL}; char* cmd_envp[] = {"HOME=/", "PATH=/sbin:/bin:/usr/bin", NULL};

    result = call_usermodehelper(cmd_path, cmd_argv, cmd_envp, UMH_WAIT_PROC);
    printk(KERN_DEBUG "test driver init exec! there result of call_usermodehelper is %d\n", result);
    printk(KERN_DEBUG "test driver init exec! the process is \"%s\", pid is %d.\n",current->comm, current->pid); return result;
} static __exit void test_driver_exit(void)
{ int result = 0; char cmd_path[] = "/bin/rm"; char* cmd_argv[] = {cmd_path,"/touchX.txt",NULL}; char* cmd_envp[] = {"HOME=/", "PATH=/sbin:/bin:/usr/bin", NULL};

    result = call_usermodehelper(cmd_path, cmd_argv, cmd_envp, UMH_WAIT_PROC);
    printk(KERN_DEBUG "test driver exit exec! the result of call_usermodehelper is %d\n", result);
    printk(KERN_DEBUG "test driver exit exec! the process is \"%s\",pidis %d \n", current->comm, current->pid);
}

module_init(test_driver_init);
module_exit(test_driver_exit);