在linux核心中讀寫檔案

1. 序曲

在使用者態，讀寫檔案可以通過read和write這兩個系統呼叫來完成(c庫函式實際上是對系統呼叫的封裝)。但是，在核心態沒有這樣的系統呼叫，我們又該如何讀寫檔案呢？

閱讀linux核心原始碼，可以知道陷入核心執行的是實際執行的是sys_read和sys_write這兩個函式，但是這兩個函式沒有使用export_symbol匯出，也就是說其他模組不能使用。

在fs/open.c中系統呼叫具體實現如下(核心版本2.6.34.1)：

syscall_define3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)

跟蹤do_sys_open()函式，就會發現它主要使用了do_filp_open()函式該函式在fs/namei.c中，而在該檔案中，filp_open函式也是呼叫了do_filp_open函式，並且介面和sys_open函式極為相似，呼叫引數也和sys_open一樣，並且使用export_symbol匯出了，所以我們猜想該函式可以開啟檔案，功能和open一樣。

使用同樣的方法，找出了一組在核心操作檔案的函式，如下：

功能

函式原型

開啟檔案

struct file *filp_open(const char *filename, int flags, int mode)

讀檔案

ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)

寫檔案

ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)

關閉檔案

int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)

2. 核心空間與使用者空間

在vfs_read和vfs_write函式中，其引數buf指向的使用者空間的記憶體位址，如果我們直接使用核心空間的指標，則會返回-e****t。這是因為使用的緩衝區超過了使用者空間的位址範圍。一般系統呼叫會要求你使用的緩衝區不能在核心

區。這個可以用set_fs()、get_fs()來解決。

在include/asm/uaccess.h中，有如下定義：

#define make_mm_seg(s) ((mm_segment_t) )
#define kernel_ds make_mm_seg(0xffffffff)
#define user_ds make_mm_seg(page_offset)
#define get_ds() (kernel_ds)
#define get_fs() (current->addr_limit)
#define set_fs(x) (current->addr_limit = (x))

如果使用，如下：

mm_segment_t fs = get_fs();
set_fs(kernel_fs);
//vfs_write();
vfs_read();
set_fs(fs);

詳盡解釋：系統呼叫本來是提供給使用者空間的程式訪問的，所以，對傳遞給它的引數（比如上面的buf），它缺省會認為來自使用者空間，在read或write()函式中，為了保護核心空間，一般會用get_fs()得到的值來和user_ds進行比較，從而防止使用者空間程式「蓄意」破壞核心空間；而現在要在核心空間使用系統呼叫，此時傳遞給read或write（）的引數位址就是核心空間的位址了，在user_ds之上(user_ds ~ kernel_ds)，如果不做任何其它處理，在write()函式中，會認為該位址超過了user_ds範圍，所以會認為是使用者空間的「蓄意破壞」，從而不允許進一步的執行；為了解決這個問題； set_fs(kernel_ds);將其能訪問的空間限制擴大到kernel_ds,這樣就可以在核心順利使用系統呼叫了！

在vfs的支援下，使用者態程序讀寫任何型別的檔案系統都可以使用read和write著兩個系統呼叫，但是在linux核心中沒有這樣的系統呼叫我們如何操作檔案呢？我們知道read和write在進入核心態之後，實際執行的是sys_read和sys_write，但是檢視核心源**，發現這些操作檔案的函式都沒有匯出(使用export_symbol匯出)，也就是說在核心模組中是不能使用的，那如何是好？

通過檢視sys_open的原始碼我們發現，其主要使用了do_filp_open()函式，該函式在fs/namei.c中，而在改檔案中，filp_open函式也是呼叫了do_filp_open函式，並且介面和sys_open函式極為相似，呼叫引數也和sys_open一樣，並且使用export_symbol匯出了，所以我們猜想該函式可以開啟檔案，功能和open一樣。使用同樣的查詢方法，我們找出了一組在核心中操作檔案的函式，如下：

功能函式原型

開啟檔案struct file *filp_open(const

char *filename,int flags,int mode)

讀取檔案ssize_t vfs_read(struct file *file,char __user *buf,size_t count, loff_t *pos)

寫檔案ssize_t vfs_write(struct file *file,const

char __user *buf,size_t count, loff_t *pos)

關閉檔案int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)

我們注意到在vfs_read和vfs_write函式中，其引數buf指向的使用者空間的記憶體位址，如果我們直接使用核心空間的指標，則會返回-e****t。所以我們需要使用

set_fs()和get_fs()巨集來改變核心對記憶體位址檢查的處理方式，所以在核心空間對檔案的讀寫流程為：

mm_segment_tfs =get_fs();
set_fs(kernel_fs);
//vfs_write();
vfs_read();
set_fs(fs);
下面為乙個在核心中對檔案操作的例子：
#include #include #include #include static charbuf ="你好";
static charbuf1[10];
int __inithello_init(void)
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 __exithello_exit(void)
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
module_license("gpl");

**:

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1.序曲在使用者態，讀寫檔案可以通過read和write這兩個系統呼叫來完成 c庫函式實際上是對系統呼叫的封裝但是，在核心態沒有這樣的系統呼叫，我們又該如何讀寫檔案呢？閱讀linux核心原始碼，可以知道陷入核心執行的是實際執行的是sys read和sys write這兩個函式，但是這兩個函式沒有...

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