Linux内核态下的文件操作

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：

 

功能	函数原型
打开文件	struct file *filp_open(const char *filename, int flags, int mode)
读取文件	ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
写文件	ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
关闭文件	int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)

 

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：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static char buf[] = "good study wang";
static char buf1[10];

int __init hello_init(void)
{
    struct file *fp;
    mm_segment_t fs;
    loff_t pos;
    printk("hello enter\n");
    fp = filp_open("/home/niutao/kernel_file", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (IS_ERR(fp)) {
        printk("create file error\n");
        return -1;
    }
    fs = get_fs();
    set_fs(KERNEL_DS);
    pos = 0;
    vfs_write(fp, buf, sizeof(buf), &pos);
    pos = 0;
    vfs_read(fp, buf1, sizeof(buf), &pos);
    printk("read: %s\n", buf1);
    filp_close(fp, NULL);
    set_fs(fs);
    return 0;
}
void __exit hello_exit(void)
{
    printk("hello exit\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

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）。