需要了解的Linux内核读写文件

1. 序曲

在用户态，读写文件可以通过read和write这两个系统调用来完成(C库函数实际上是对系统调用的封装)。 但是，在内核态没有这样的系统调用，我们又该如何读写文件呢？
阅读linux内核源码，可以知道陷入内核执行的是实际执行的是sys_read和sys_write这两个函数，但是这两个函数没有使用EXPORT_SYMBOL导出，也就是说其他模块不能使用。

在fs/open.c中系统调用具体实现如下(内核版本2.6.34.1)：
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)
{
long ret;
       if (force_o_largefile())
              flags |= O_LARGEFILE;
 
       ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);
       /* avoid REGPARM breakage on x86: */
       asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);
       return ret;
}
跟踪do_sys_open()函数，就会发现它主要使用了do_filp_open()函数该函数在fs/namei.c中，而在该文件中，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。
使用同样的方法，找出了一组在内核操作文件的函数，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) 
2. 内核空间与用户空间
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。这是因为使用的缓冲区超过了用户空间的地址范围。一般系统调用会要求你使用的缓冲区不能在内核区。这个可以用set_fs()、get_fs()来解决。
在include/asm/uaccess.h中，有如下定义： 
#define MAKE_MM_SEG(s) ((mm_segment_t) { (s) }) 
#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);
 
详尽解释：系统调用本来是提供给用户空间的程序访问的，所以，对传递给它的参数（比如上面的buf），它默认会认为来自用户空间，在read或write()函数中，为了保护内核空间，一般会用get_fs()得到的值来和USER_DS进行比较，从而防止用户空间程序“蓄意”破坏内核空间；而现在要在内核空间使用系统调用，此时传递给read或write（）的参数地址就是内核空间的地址了，在USER_DS之上(USER_DS ~ KERNEL_DS)，如果不做任何其它处理，在write()函数中，会认为该地址超过了USER_DS范围，所以会认为是用户空间的“蓄意破坏”，从而不允许进一步的执行；为了解决这个问题； set_fs(KERNEL_DS);将其能访问的空间限制扩大到KERNEL_DS,这样就可以在内核顺利使用系统调用了！ 
 
 
3. 完整的例子
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include oracle 
#include ssh 
#include linux 
#include  
#define MY_FILE "/root/tmp.txt" 
char buf[128]; 
struct file *file = NULL; 
 
static int __init init(void) 
{ 
mm_segment_t old_fs; 
printk("Hello, I'm the module that intends to write messages to file/n"); 
if(file == NULL) 
    file = filp_open(MY_FILE, O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT, 0644); 
if (IS_ERR(file)) { 
printk("error occured while opening file %s./n", MY_FILE); 
return 0; 
} 
sprintf(buf,"%s", "The Messages."); 
old_fs = get_fs(); 
set_fs(KERNEL_DS); 
file->f_op->write(file, (char *)buf, sizeof(buf), &file->f_pos); 
set_fs(old_fs); 
return 0; 
}
static void __exit exit(void) 
{ 
if(file != NULL) 
filp_close(file, NULL); oracle 
}
module_init(init); 
module_exit(exit); 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
 
注意：
1. 一个是要记得编译的时候加上-D__KERNEL_SYSCALLS__