内核文件操作

最新推荐文章于 2023-06-09 22:55:54 发布

原创最新推荐文章于 2023-06-09 22:55:54 发布 · 4.3k 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#file #struct #access #user #null #buffer

读内核专栏收录该内容

1 篇文章

订阅专栏

本文深入剖析了Linux内核中的文件操作，特别是sys_read系统调用的实现细节，包括fget_light、file_pos_read、vfs_read、file_pos_write和fput_light等关键函数的作用。还展示了如何使用vfs_read直接进行文件操作，并探讨了set_fs在内核文件操作中的作用。同时提出了两个问题：内核中atomic_read的加锁机制和kernel_read函数的对应kernel_write函数缺失。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

首先分析一下sys_read系统调用(内核版本为2.6.19.4)。

源代码如下(摘自fs/read_write.c)

SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count) { struct file *file; ssize_t ret = -EBADF; int fput_needed; file = fget_light(fd, &fput_needed); if (file) { loff_t pos = file_pos_read(file); ret = vfs_read(file, buf, count, &pos); file_pos_write(file, pos); fput_light(file, fput_needed); } return ret; }

这里用到了fget_light()，file_pos_read()，vfs_read()，file_pos_write()，fput_light()。

file_pos_read()和file_pos_write()（均位于fs/read_write.c）用来读取当前文件指针(即当前文件操作的位置)

fget_light()和fput_light()（位于fs/file_table.c和include/linux/file.h）必须是成对出现的！fget_light在当前进程的struct files_struct中根据所谓的用户空间文件描述符fd来获取文件描述符。另外，根据当前fs_struct是否被多各进程共享来判断是否需要对文件描述符进行加锁，并将加锁结果存到一个int中返回， fput_light则根据该结果来判断是否需要对文件描述符解锁
vfs_read()（位于fs/read_write.c）调用具体文件系统的read函数来完成读操作，代码如下：

ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) { ssize_t ret; if (!(file->f_mode & FMODE_READ)) return -EBADF; if (!file->f_op || (!file->f_op->read && !file->f_op->aio_read)) return -EINVAL; if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count))) return -EFAULT; ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count); if (ret >= 0) { count = ret; if (file->f_op->read) ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos); else ret = do_sync_read(file, buf, count, pos); if (ret > 0) { fsnotify_access(file->f_path.dentry); add_rchar(current, ret); } inc_syscr(current); } return ret; }

通过源码可以看出，内核中无法直接使用sys_read()来进行文件操作，因为sys_read()总会在当前进程的struct files_struct中查找文件。

（除非内核想对当前进程打开的某个文件进行操作，不知道这种情况是否存在）

内核可以使用vfs_read()来进行文件操作，一个例子如下

ssize_t nread; loff_t pos; mm_segment_t old_fs; struct file *file=NULL; old_fs = get_fs(); set_fs(KERNEL_DS); file = filp_open("filename", O_RDONLY, 0); if(IS_ERR(file)) { printk(KERN_INFO"filp open error/n"); set_fs(old_fs); return -1; } else printk(KERN_INFO"filp open succeeded/n"); pos=0; nread = vfs_read(file, (char __user *)buffer, len, &pos); if(nread < 0) printk(KERN_INFO"vfs_read failed!/n"); else if(nread < len) printk(KERN_INFO"vfs_read PART data/n"); else printk(KERN_INFO"vfs_read succeeded/n"); if(file)filp_close(file, NULL); set_fs(old_fs);

主要区别就是在操作前调用set_fs()（位于arch/x86/boot/boot.h）将当前fs段寄存器设为KERNEL_DS,在完成后再调用该函数将fs段寄存器设为原来的值，这样做的原因尚不明，希望高手指点。

问题：

1.内核中atomic_read()加锁是怎么进行的

2.还可调用kernel_read()（位于fs/exec.c，在include/linux/fs.h中声明）来直接读文件，该函数中完成了fs段期存期的保存，但找不到对应的kernel_write()函数