linux 内核文件读写

有时候需要在Linux kernel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。

用户空间                   内核

open()                    sys_open(), filp_open()

close()                   sys_close(), filp_close()

read()                    sys_read(), vfs_read()

write()                   sys_write(), vfs_write()

 下面介绍主要步骤

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没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

读写文件

旧版本的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。

当然也可以不使用这两个函数，新内核使用以下函数封装了：

ssize_t kernel_read(struct file *file, void *buf, size_t count, loff_t *pos)/* 会改变pos的值 */ 
{
    mm_segment_t old_fs;
    ssize_t result;

    old_fs = get_fs();
    set_fs(get_ds());
    /* The cast to a user pointer is valid due to the set_fs() */
    result = vfs_read(file, (void __user *)buf, count, pos);
    set_fs(old_fs);
    return result;
}
EXPORT_SYMBOL(kernel_read);
ssize_t kernel_write(struct file *file, const void *buf, size_t count,
                loff_t *pos) /* 会改变pos的值 */ 
{
    mm_segment_t old_fs;
    ssize_t res;

    old_fs = get_fs();
    set_fs(get_ds());
    /* The cast to a user pointer is valid due to the set_fs() */
    res = vfs_write(file, (__force const char __user *)buf, count, pos);
    set_fs(old_fs);

    return res;
}
EXPORT_SYMBOL(kernel_write);

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)。

示例

旧接口

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
static char buf[] =”5555″;
static char buf1[10];
  
int __init hello_init(void)
{ 
    struct file *fp;
    mm_segment_t fs;
    loff_t pos;
    printk(“hello entern”);
    fp =filp_open(“/lib/kernel_file”,O_RDWR | O_CREAT,0644);
    if (IS_ERR(fp)){ //错误判断标准写法
        printk(“create file errorn”);
        return -1;
    } 
    fs =get_fs();
    set_fs(KERNEL_DS);
    pos =0; 
    vfs_write(fp,buf, sizeof(buf), &amp;pos);
    pos =0; 
    vfs_read(fp,buf1, sizeof(buf), &amp;pos);
    printk(“read: %sn”,buf1);
    filp_close(fp,NULL);
    set_fs(fs);
    return 0;
} 
void __exit hello_exit(void)
{ 
    printk(“hello exitn”);
} 
  
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
  
MODULE_LICENSE(“GPL”);

新接口

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
static char buf[] =”5555″;
static char buf1[10];
  
int __init hello_init(void)
{ 
    struct file *fp;
    loff_t pos;
    printk(“hello entern”);
    fp =filp_open(“/lib/kernel_file”,O_RDWR | O_CREAT,0644);
    if (IS_ERR(fp)){ //错误判断标准写法
        printk(“create file errorn”);
        return -1;
    } 
    pos =0; 
    kernel_write(fp,buf, sizeof(buf), &amp;pos);
    pos =0; 
    kernel_read(fp,buf1, sizeof(buf), &amp;pos);
    printk(“read: %sn”,buf1);
    filp_close(fp,NULL);
    return 0;
} 
void __exit hello_exit(void)
{ 
    printk(“hello exitn”);
} 
  
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
  
MODULE_LICENSE(“GPL”);

内核读文件一行处理

非内核标准

#define LIC_LEN 128
static char *ncore_fgets(char *str, int size, struct file *filp) 
{ 
    char *cp; 
    int len, readlen; 
    
    if (filp) { 
        for (cp = str, len = -1, readlen = 0; readlen < size – 1; ++cp, ++readlen) { 
            if ((len = kernel_read(filp, cp, 1, &amp;filp->f_pos)) <= 0) 
                break; 
            if (*cp == ‘n’) { 
                ++cp; 
                ++readlen; 
                break; 
            } 
        } 
        *cp = 0; 
        return (len < 0 || readlen == 0) ? NULL : str; 
    } else 
        return NULL; 
}
 

内核中清空文件

非内核标准。

int kernel_clear_file(struct file *fp)
{
    mm_segment_t old_fs;
    ssize_t result = 0;
    
    if (!fp)
        return -1;
        
    old_fs = get_fs();
    set_fs(get_ds());
    
    if (vfs_truncate(&amp;(fp->f_path), 0) < 0){
        result = -1;
        goto ret;
    }
    if (vfs_llseek(fp,0,SEEK_SET) < 0){
        result = -1;
        goto ret;
    }
ret:
    set_fs(old_fs);
    return result;
}
 

代码007普通

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