http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/8194276
1. 序曲
在用戶態，讀寫文件可以通過read和write這兩個系統調用來完成(C庫函數實際上是對系統調用的封裝)。 但是，在內核態沒有這樣的系統調用，我們又該如何讀寫文件呢？
閱讀Linux內核源碼，可以知道陷入內核執行的是實際執行的是sys_read和sys_write這兩個函數，但是這兩個函數沒有使用EXPORT_SYMBOL導出，也就是說其他模塊不能使用。
在fs/open.c中系統調用具體實現如下(內核版本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; }
跟蹤do_sys_open()函數，就會發現它主要使用了do_filp_open()函數該函數在fs/namei.c中，而在該文件中，filp_open函數也是調用了do_filp_open函數，並且接口和sys_open函數極為相似，調用參數也和sys_open一樣，並且使用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。
使用同樣的方法，找出了一組在內核操作文件的函數，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) |
2. 內核空間與用戶空間
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。這是因為使用的緩沖區超過了用戶空間的地址范圍。一般系統調用會要求你使用的緩沖區不能在內核區。這個可以用set_fs()、get_fs()來解決。
在include/asm/uaccess.h中，有如下定義：
#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);
詳盡解釋：系統調用本來是提供給用戶空間的程序訪問的，所以，對傳遞給它的參數（比如上面的buf），它默認會認為來自用戶空間，在read或write()函數中，為了保護內核空間，一般會用get_fs()得到的值來和USER_DS進行比較，從而防止用戶空間程序“蓄意”破壞內核空間；而現在要在內核空間使用系統調用，此時傳遞給read或write（）的參數地址就是內核空間的地址了，在USER_DS之上(USER_DS ~ KERNEL_DS)，如果不做任何其它處理，在write()函數中，會認為該地址超過了USER_DS范圍，所以會認為是用戶空間的“蓄意破壞”，從而不允許進一步的執行；為了解決這個問題； set_fs(KERNEL_DS);將其能訪問的空間限制擴大到KERNEL_DS,這樣就可以在內核順利使用系統調用了！
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着兩個系統調用，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，並且接口和sys_open函數極為相似，調用參數也和sys_open一樣，並且使用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_tfs = 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 charbuf[] ="你好"; static charbuf1[10]; int __inithello_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 __exithello_exit(void) { printk("hello exit/n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL");