Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)中對(duì)文件的讀寫(xiě)方式

這篇文章主要講解了“Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)中對(duì)文件的讀寫(xiě)方式”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)中對(duì)文件的讀寫(xiě)方式”吧！

1. 打開(kāi)文件

filp_open()在kernel中可以打開(kāi)文件，其原形如下：

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

該函數(shù)返回strcut file*結(jié)構(gòu)指針，供后繼函數(shù)操作使用，該返回值用IS_ERR()來(lái)檢驗(yàn)其有效性。

參數(shù)說(shuō)明

filename：  表明要打開(kāi)或創(chuàng)建文件的名稱(包括路徑部分)。在內(nèi)核中打開(kāi)的文件時(shí)需要注意打開(kāi)的時(shí)機(jī)，很容易出現(xiàn)需要打開(kāi)文件的驅(qū)動(dòng)很早就加載并打開(kāi)文件，但需要打開(kāi)的文件所在設(shè)備還不有掛載到文件系統(tǒng)中，而導(dǎo)致打開(kāi)失敗。

open_mode： 文件的打開(kāi)方式，其取值與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的open相應(yīng)參數(shù)類似，可以取O_CREAT,O_RDWR,O_RDONLY等。

mode： 創(chuàng)建文件時(shí)使用，設(shè)置創(chuàng)建文件的讀寫(xiě)權(quán)限，其它情況可以匆略設(shè)為0

2. 讀寫(xiě)文件

kernel中文件的讀寫(xiě)操作可以使用vfs_read()和vfs_write，在使用這兩個(gè)函數(shù)前需要說(shuō)明一下get_fs()和  set_fs()這兩個(gè)函數(shù)。

vfs_read() vfs_write()兩函數(shù)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(gè)函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)buffer，前面都有__user修飾符，這就要求這兩個(gè)buffer指針都應(yīng)該指向用戶空間的內(nèi)存，如果對(duì)該參數(shù)傳  遞kernel空間的指針，這兩個(gè)函數(shù)都會(huì)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(dú)立使用用戶空間  內(nèi)存。要使這兩個(gè)讀寫(xiě)函數(shù)使用kernel空間的buffer指針也能正確工作，需要使用set_fs()函數(shù)或宏(set_fs()可能是宏定義)，如  果為函數(shù)，其原形如下：

void set_fs(mm_segment_t fs);

該函數(shù)的作用是改變kernel對(duì)內(nèi)存地址檢查的處理方式，其實(shí)該函數(shù)的參數(shù)fs只有兩個(gè)取值：USER_DS，KERNEL_DS，分別代表  用戶空間和內(nèi)核空間，默認(rèn)情況下，kernel取值為USER_DS，即對(duì)用戶空間地址檢查并做變換。那么要在這種對(duì)內(nèi)存地址做檢查變換的函數(shù)中使用內(nèi)核  空間地址，就需要使用set_fs(KERNEL_DS)進(jìn)行設(shè)置。get_fs()一般也可能是宏定義，它的作用是取得當(dāng)前的設(shè)置，這兩個(gè)函數(shù)的一般用 法為：

mm_segment_t old_fs;

old_fs = get_fs();

set_fs(KERNEL_DS);

…… //與內(nèi)存有關(guān)的操作

set_fs(old_fs);

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

使用vfs_read()和vfs_write()***需要注意的一點(diǎn)是***的參數(shù)loff_t *  pos，pos所指向的值要初始化，表明從文件的什么地方開(kāi)始讀寫(xiě)。

3. 關(guān)閉讀寫(xiě)文件

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

該函數(shù)的使用很簡(jiǎn)單，第二個(gè)參數(shù)一般傳遞NULL值，也有用current->files作為實(shí)參的。

使用以上函數(shù)的其它注意點(diǎn)：

1. 其實(shí)Linux  Kernel組成員不贊成在kernel中獨(dú)立的讀寫(xiě)文件(這樣做可能會(huì)影響到策略和安全問(wèn)題)，對(duì)內(nèi)核需要的文件內(nèi)容，***由應(yīng)用層配合完成。

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

3. 分析以上某些函數(shù)的參數(shù)可以看出，這些函數(shù)的正確運(yùn)行需要依賴于進(jìn)程環(huán)境，因此，有些函數(shù)不能在中斷的handle或Kernel中不屬于任可進(jìn)程的代碼  中執(zhí)行，否則可能出現(xiàn)崩潰，要避免這種情況發(fā)生，可以在kernel中創(chuàng)建內(nèi)核線程，將這些函數(shù)放在線程環(huán)境下執(zhí)行(創(chuàng)建內(nèi)核線程的方式請(qǐng)參數(shù)  kernel_thread()函數(shù))。

在VFS的支持下，用戶態(tài)進(jìn)程讀寫(xiě)  任何類型的文件系統(tǒng)都可以使用read和write著兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，但是在linux內(nèi)核中沒(méi)有這樣的系統(tǒng)調(diào)用我們?nèi)绾尾僮魑募?我們知道read和  write在進(jìn)入內(nèi)核態(tài)之后，實(shí)際執(zhí)行的是sys_read和sys_write，但是查看內(nèi)核源代碼，發(fā)現(xiàn)這些操作文件的函數(shù)都沒(méi)有導(dǎo)出(使用  EXPORT_SYMBOL導(dǎo)出)，也就是說(shuō)在內(nèi)核模塊中是不能使用的，那如何是好?

通過(guò)查看sys_open的源碼我  們發(fā)現(xiàn)，其主要使用了do_filp_open()函數(shù)，該函數(shù)在fs/namei.c中，而在改文件中，filp_open函數(shù)也是調(diào)用了  do_filp_open函數(shù)，并且接口和sys_open函數(shù)極為相似，調(diào)用參數(shù)也和sys_open一樣，并且使用EXPORT_SYMBOL導(dǎo)出  了，所以我們猜想該函數(shù)可以打開(kāi)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(nèi)核中操作文件的函數(shù)，如下：

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

set_fs()和get_fs()宏來(lái)改變內(nèi)核對(duì)內(nèi)存地址檢查的處理方式，所以在內(nèi)核空間對(duì)文件的讀寫(xiě)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(gè)在內(nèi)核中對(duì)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");

感謝各位的閱讀，以上就是“Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)中對(duì)文件的讀寫(xiě)方式”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)中對(duì)文件的讀寫(xiě)方式這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！