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      Linux培訓
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      Linux內核驅動中對文件的讀寫

      • 發布:Linux培訓
      • 來源:Linux教程
      • 時間:2017-08-02 18:25

      有時候需要在Linux kernel–大多是在需要調試的驅動程序–中讀寫文件數據。在kernel中操作文件沒有標準庫可用,需要利用kernel的一些函數,這些函數主 要有: filp_open() filp_close(), vfs_read() vfs_write(),set_fs(),get_fs()等,這些函數在linux/fs.h和asm/uaccess.h頭文件中聲明。下面介紹主要步驟

      1. 打開文件

      filp_open()在kernel中可以打開文件,其原形如下:

      strcut file* filp_open(const char* filename, int open_mode, int mode);

      該函數返回strcut file*結構指針,供后繼函數操作使用,該返回值用IS_ERR()來檢驗其有效性。

      參數說明

      filename: 表明要打開或創建文件的名稱(包括路徑部分)。在內核中打開的文件時需要注意打開的時機,很容易出現需要打開文件的驅動很早就加載并打開文件,但需要打開的文件所在設備還不有掛載到文件系統中,而導致打開失敗。

      open_mode: 文件的打開方式,其取值與標準庫中的open相應參數類似,可以取O_CREAT,O_RDWR,O_RDONLY等。

      mode: 創建文件時使用,設置創建文件的讀寫權限,其它情況可以匆略設為0

      2. 讀寫文件

      kernel中文件的讀寫操作可以使用vfs_read()和vfs_write,在使用這兩個函數前需要說明一下get_fs()和 set_fs()這兩個函數。

      vfs_read() vfs_write()兩函數的原形如下:

      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);

      注意這兩個函數的第二個參數buffer,前面都有__user修飾符,這就要求這兩個buffer指針都應該指向用戶空間的內存,如果對該參數傳 遞kernel空間的指針,這兩個函數都會返回失敗-EFAULT。但在Kernel中,我們一般不容易生成用戶空間的指針,或者不方便獨立使用用戶空間 內存。要使這兩個讀寫函數使用kernel空間的buffer指針也能正確工作,需要使用set_fs()函數或宏(set_fs()可能是宏定義),如 果為函數,其原形如下:

      void set_fs(mm_segment_t fs);

      該函數的作用是改變kernel對內存地址檢查的處理方式,其實該函數的參數fs只有兩個取值:USER_DS,KERNEL_DS,分別代表 用戶空間和內核空間,默認情況下,kernel取值為USER_DS,即對用戶空間地址檢查并做變換。那么要在這種對內存地址做檢查變換的函數中使用內核 空間地址,就需要使用set_fs(KERNEL_DS)進行設置。get_fs()一般也可能是宏定義,它的作用是取得當前的設置,這兩個函數的一般用 法為:

      mm_segment_t old_fs;

      old_fs = get_fs();

      set_fs(KERNEL_DS);

      …… //與內存有關的操作

      set_fs(old_fs);

      還有一些其它的內核函數也有用__user修飾的參數,在kernel中需要用kernel空間的內存代替時,都可以使用類似辦法。

      使用vfs_read()和vfs_write()最后需要注意的一點是最后的參數loff_t * pos,pos所指向的值要初始化,表明從文件的什么地方開始讀寫。

      3. 關閉讀寫文件

      int filp_close(struct file*filp, fl_owner_t id);

      該函數的使用很簡單,第二個參數一般傳遞NULL值,也有用current->files作為實參的。

      使用以上函數的其它注意點:

      1. 其實Linux Kernel組成員不贊成在kernel中獨立的讀寫文件(這樣做可能會影響到策略和安全問題),對內核需要的文件內容,最好由應用層配合完成。

      2. 在可加載的kernel module中使用這種方式讀寫文件可能使模塊加載失敗,原因是內核可能沒有EXPORT你所需要的所有這些函數。

      3. 分析以上某些函數的參數可以看出,這些函數的正確運行需要依賴于進程環境,因此,有些函數不能在中斷的handle或Kernel中不屬于任可進程的代碼 中執行,否則可能出現崩潰,要避免這種情況發生,可以在kernel中創建內核線程,將這些函數放在線程環境下執行(創建內核線程的方式請參數 kernel_thread()函數)。

      在VFS的支持下,用戶態進程讀寫 任何類型的文件系統都可以使用read和write著兩個系統調用,但是在linux內核中沒有這樣的系統調用我們如何操作文件呢?我們知道read和 write在進入內核態之后,實際執行的是sys_read和sys_write,但是查看內核源代碼,發現這些操作文件的函數都沒有導出(使用 EXPORT_SYMBOL導出),也就是說在內核模塊中是不能使用的,那如何是好?

      通過查看sys_open的源碼我 們發現,其主要使用了do_filp_open()函數,該函數在fs/namei.c中,而在改文件中,filp_open函數也是調用了 do_filp_open函數,并且接口和sys_open函數極為相似,調用參數也和sys_open一樣,并且使用EXPORT_SYMBOL導出 了,所以我們猜想該函數可以打開文件,功能和open一樣。使用同樣的查找方法,我們找出了一組在內核中操作文件的函數,如下:

      功能函數原型

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

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

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

      關閉文件int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)

      我們注意到在vfs_read和vfs_write函數中,其參數buf指向的用戶空間的內存地址,如果我們直接使用內核空間的指針,則會返回-EFALUT。所以我們需要使用

      set_fs()和get_fs()宏來改變內核對內存地址檢查的處理方式,所以在內核空間對文件的讀寫流程為:

      mm_segment_t fs = get_fs();

      set_fs(KERNEL_FS);

      //vfs_write();

      vfs_read();

      set_fs(fs);

      下面為一個在內核中對文件操作的例子:

      #include <linux/module.h>

      #include <linux/init.h>

      #include <linux/fs.h>

      #include <linux/uaccess.h>

      static char buf[] = "你好";

      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");

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