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) |
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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！
在VFS的支持下，用户态进程读写任何类型的文件系统都可以使用read和write着两个系统调用，但是在linux内核中没有这样的系统调用我们如何操作文件呢？我们知道read和write在进入内核态之后，实际执行的是sys_read和sys_write，但是查看内核源代码，发现这些操作文件的函数都没有导出(使用EXPORT_SYMBOL导出)，也就是说在内核模块中是不能使用的，那如何是好？
通过查看sys_open的源码我们发现，其主要使用了do_filp_open()函数，该函数在fs/namei.c中，而在改文件中，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。使用同样的查找方法，我们找出了一组在内核中操作文件的函数，如下：
| 功能 | 函数原型 |
| 打开文件 | struct file *filp_open(const char *filename,int flags,int mode) |
| 读取文件 | 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) |
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我们注意到在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。所以我们需要使用
set_fs()和get_fs()宏来改变内核对内存地址检查的处理方式，所以在内核空间对文件的读写流程为：
- mm_segment_t
fs
get_fs
()
;
- set_fs
(
KERNEL_FS
)
;
- //vfs_write();
- vfs_read
()
;
- set_fs
(
fs
)
;
下面为一个在内核中对文件操作的例子：
- #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
"
)
;
有时候需要在Linux kernel－－大多是在需要调试的驱动程序－－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。下面介绍主要步骤
1. 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不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
2. 读写文件
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。
3. 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：
-
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。
-
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。
-
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）。
