内核文件操作

一、概述
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

二、函数介绍
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指针都应该指向用空的内存，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)

三、实例代码

struct file *log_file;
mm_segment_t old_fs;
int ret;

log_file = filp_open(LOG_FILE_PATH, O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND , 0644);
if (IS_ERR_OR_NULL(log_file)) {
    pr_err("file_open(%s) for create failed\n", LOG_FILE_PATH);
    return PTR_ERR(log_file);
}
    
old_fs = get_fs();
set_fs(get_ds());

ret = vfs_write(log_file,(const char *)(bm_info),
    sizeof(struct bm_per_info),&log_file->f_pos);

set_fs(old_fs);

if (log_file->f_pos >= (sizeof(struct bm_per_info) * LOG_FILE_MAX_RECORDS))
    log_file->f_pos = 0x0;

filp_close(log_file, NULL);
return;