Verfügt Linux über Kernel-Dateioperationsfunktionen?

Linux verfügt über Kernel-Dateioperationsfunktionen. Beispielsweise kann die Funktion filp_open() zum Öffnen von Dateien, die Funktion vfs_read() zum Lesen von Dateien und die Funktion vfs_write() zum Schreiben von Dateien verwendet werden Mit der Funktion filp_close() können Dateien geschlossen werden. In den Funktionen vfs_read und vfs_write zeigt der zweite Parameter auf die Speicheradresse des Benutzerbereichs. Wenn der Kernel-Space-Zeiger direkt verwendet wird, wird „-EFALUT“ zurückgegeben.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Linux7.3-System, Dell G3-Computer. 1. Kernel-Space-Dateioperation

Datei lesenssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)

Datei schreibenssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count , LOFF_T *POS) Dateien schließen INT FILP_CLOSE (Struct File *FILP, FL_OWNER_T ID) in VFS_READ und VFS_ WRITE-Funktionen, es Die Speicheradresse des Benutzerraums, auf den der Parameter buf zeigt. Wenn wir den Zeiger des Kernelraums direkt verwenden, wird -EFALUT zurückgegeben. Dies liegt daran, dass der verwendete Puffer den Adressbereich des Benutzerbereichs überschreitet. Allgemeine Systemaufrufe erfordern, dass sich der von Ihnen verwendete Puffer nicht im Kernelbereich befinden darf. Dies kann mit set_fs(), get_fs() gelöst werden.

#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))

Bei Verwendung lautet sie wie folgt:

mm_segment_t fs = get_fs();

set_fs(KERNEL_FS);

//vfs_write();

vfs_read();

set_fs(fs);

Detaillierte Erklärung

2. Kernel-Space und User-Space
In include/asm/uaccess.h gibt es die folgende Definition:
	: Systemaufrufe werden ursprünglich bereitgestellt Zum Benutzerbereich Das Programm greift darauf zu, daher geht es bei den an ihn übergebenen Parametern (z. B. buf oben) standardmäßig davon aus, dass sie aus dem Benutzerbereich stammen In der Funktion read oder write (), um den Kernel zu schützen space, get_fs() wird im Allgemeinen verwendetVergleichen Sie den erhaltenen Wert mit USER_DS, um zu verhindern, dass Benutzerspace-Programme den Kernel-Space „absichtlich“ beschädigen Die an read oder write() übergebene Parameteradresse ist der Kernelbereich. Die Adresse liegt über USER_DS (USER_DS ~ KERNEL_DS). Wenn in der Funktion write() keine andere Verarbeitung erfolgt, wird davon ausgegangen, dass die Adresse den USER_DS-Bereich überschreitet Daher wird dies als „absichtliche Zerstörung“ des Benutzerbereichs betrachtet. Daher ist keine weitere Ausführung zulässig. Um dieses Problem zu lösen, erweitert set_fs(KERNEL_DS) das Speicherplatzlimit, auf das es zugreifen kann, auf KERNEL_DS , damit Systemaufrufe reibungslos im Kernel genutzt werden können!

3.Linux-Struktur-Inode-Struktur

/*索引节点对象由inode结构体表示，定义文件在linux/fs.h中
*/
struct inode {
        struct hlist_node       i_hash;              /* 哈希表 */
        struct list_head        i_list;              /* 索引节点链表 */
        struct list_head        i_dentry;            /* 目录项链表 */
        unsigned long           i_ino;               /* 节点号 */
        atomic_t                i_count;             /* 引用记数 */
        umode_t                 i_mode;              /* 访问权限控制 */
        unsigned int            i_nlink;             /* 硬链接数 */
        uid_t                   i_uid;               /* 使用者id */
        gid_t                   i_gid;               /* 使用者id组 */
        kdev_t                  i_rdev;              /* 实设备标识符 */
        loff_t                  i_size;              /* 以字节为单位的文件大小 */
        struct timespec         i_atime;             /* 最后访问时间 */
        struct timespec         i_mtime;             /* 最后修改(modify)时间 */
        struct timespec         i_ctime;             /* 最后改变(change)时间 */
        unsigned int            i_blkbits;           /* 以位为单位的块大小 */
        unsigned long           i_blksize;           /* 以字节为单位的块大小 */
        unsigned long           i_version;           /* 版本号 */
        unsigned long           i_blocks;            /* 文件的块数 */
        unsigned short          i_bytes;             /* 使用的字节数 */
        spinlock_t              i_lock;              /* 自旋锁 */
        struct rw_semaphore     i_alloc_sem;         /* 索引节点信号量 */
        struct inode_operations *i_op;               /* 索引节点操作表 */
        struct file_operations  *i_fop;              /* 默认的索引节点操作 */
        struct super_block      *i_sb;               /* 相关的超级块 */
        struct file_lock        *i_flock;            /* 文件锁链表 */
        struct address_space    *i_mapping;          /* 相关的地址映射 */
        struct address_space    i_data;              /* 设备地址映射 */
        struct dquot            *i_dquot[MAXQUOTAS]; /* 节点的磁盘限额 */
        struct list_head        i_devices;           /* 块设备链表 */
        struct pipe_inode_info  *i_pipe;             /* 管道信息 */
        struct block_device     *i_bdev;             /* 块设备驱动 */
        unsigned long           i_dnotify_mask;      /* 目录通知掩码 */
        struct dnotify_struct   *i_dnotify;          /* 目录通知 */
        unsigned long           i_state;             /* 状态标志 */
        unsigned long           dirtied_when;        /* 首次修改时间 */
        unsigned int            i_flags;             /* 文件系统标志 */
        unsigned char           i_sock;              /* 可能是个套接字吧 */
        atomic_t                i_writecount;        /* 写者记数 */
        void                    *i_security;         /* 安全模块 */
        __u32                   i_generation;        /* 索引节点版本号 */
        union {
                void            *generic_ip;         /* 文件特殊信息 */
        } u;
};

/*
*索引节点的操作inode_operations定义在linux/fs.h中
*/
struct inode_operations {
        int (*create) (struct inode *, struct dentry *,int);
        /*VFS通过系统调用create()和open()来调用该函数，从而为dentry对象创建一个新的索引节点。在创建时使用mode制定初始模式*/
        struct dentry * (*lookup) (struct inode *, struct dentry *);
        /*该韩式在特定目录中寻找索引节点，该索引节点要对应于dentry中给出的文件名*/
        int (*link) (struct dentry *, struct inode *, struct dentry *);
        /*该函数被系统调用link()电泳，用来创建硬连接。硬链接名称由dentry参数指定，连接对象是dir目录中ld_dentry目录想所代表的文件*/
        int (*unlink) (struct inode *, struct dentry *);
        /*该函数被系统调用unlink()调用，从目录dir中删除由目录项dentry制动的索引节点对象*/
        int (*symlink) (struct inode *, struct dentry *, const char *);
        /*该函数被系统电泳symlik()调用，创建符号连接，该符号连接名称由symname指定，连接对象是dir目录中的dentry目录项*/
        int (*mkdir) (struct inode *, struct dentry *, int);
        /*该函数被mkdir()调用，创建一个新鲁姆。创建时使用mode制定的初始模式*/
        int (*rmdir) (struct inode *, struct dentry *);
        /*该函数被系统调用rmdir()调用，删除dir目录中的dentry目录项代表的文件*/
        int (*mknod) (struct inode *, struct dentry *, int, dev_t);
        /*该函数被系统调用mknod()调用，创建特殊文件(设备文件、命名管道或套接字)。要创建的文件放在dir目录中，其目录项问dentry，关联的设备为rdev，初始权限由mode指定*/
        int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
                       struct inode *, struct dentry *);
        /*VFS调用该函数来移动文件。文件源路径在old_dir目录中，源文件由old_dentry目录项所指定，目标路径在new_dir目录中，目标文件由new_dentry指定*/
        int (*readlink) (struct dentry *, char *, int);
        /*该函数被系统调用readlink()调用，拷贝数据到特定的缓冲buffer中。拷贝的数据来自dentry指定的符号链接，最大拷贝大小可达到buflen字节*/
        int (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
        /*该函数由VFS调用，从一个符号连接查找他指向的索引节点，由dentry指向的连接被解析*/
        int (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
        /*在follow_link()调用之后，该函数由vfs调用进行清楚工作*/
        void (*truncate) (struct inode *);
        /*该函数由VFS调用，修改文件的大小，在调用之前，索引节点的i_size项必须被设置成预期的大小*/
        int (*permission) (struct inode *, int);
        /*该函数用来检查给低昂的inode所代表的文件是否允许特定的访问模式，如果允许特定的访问模式，返回0，否则返回负值的错误码。多数文件系统 都将此区域设置为null，使用VFS提供的通用方法进行检查，这种检查操作仅仅比较索引及诶但对象中的访问模式位是否和mask一致，比较复杂的系统， 比如支持访问控制链(ACL)的文件系统，需要使用特殊的permission()方法*/
        int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
        /*该函数被notify_change调用，在修改索引节点之后，通知发生了改变事件*/
        int (*getattr) (struct vfsmount *, struct dentry *, struct kstat *);
        /*在通知索引节点需要从磁盘中更新时，VFS会调用该函数*/
        int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,
                         const void *, size_t, int);
        /*该函数由VFS调用，向dentry指定的文件设置扩展属性，属性名为name，值为value*/
        ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
        /*该函数被VFS调用，向value中拷贝给定文件的扩展属性name对应的数值*/
        ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
        /*该函数将特定文件所有属性别表拷贝到一个缓冲列表中*/
        int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
        /*该函数从给定文件中删除指定的属性*/
};

4.Linux-Strukturdateistruktur

set_fs()、get_fs()来解决。

在include/asm/uaccess.h中，有如下定义：

struct file {
        /*
         * fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via
         * fu_rcuhead for RCU freeing
         */
        union {
                struct list_head        fu_list;
                struct rcu_head         fu_rcuhead;
        } f_u;
        struct path             f_path;
#define f_dentry        f_path.dentry
#define f_vfsmnt        f_path.mnt
        const struct file_operations    *f_op;
        atomic_t                f_count;
        unsigned int            f_flags;
        mode_t                  f_mode;
        loff_t                  f_pos;
        struct fown_struct      f_owner;
        unsigned int            f_uid, f_gid;
        struct file_ra_state    f_ra;
        unsigned long           f_version;
#ifdef CONFIG_SECURITY
        void                    *f_security;
#endif
        /* needed for tty driver, and maybe others */
        void                    *private_data;
#ifdef CONFIG_EPOLL
        /* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */
        struct list_head        f_ep_links;
        spinlock_t              f_ep_lock;
#endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */
        struct address_space    *f_mapping;
};

如果使用，如下：

rrreee

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)

Die Strukturdateistruktur ist in /linux/include/linux/fs.h (Linux 2.6.11-Kernel) definiert. , sein Prototyp ist:

rrreeeDie Dateistruktur stellt eine geöffnete Datei im System dar. Jede geöffnete Datei im System verfügt über eine zugehörige Strukturdatei im Kernelbereich. Es wird vom Kernel erstellt, wenn eine Datei geöffnet wird, und an jede Funktion übergeben, die mit der Datei arbeitet. Der Kernel gibt diese Datenstruktur frei, nachdem alle Instanzen der Datei geschlossen wurden. Im Kernel-Erstellungs- und Treiber-Quellcode heißt der Zeiger der Strukturdatei normalerweise „file“ oder „filp“. Verwandte Empfehlungen: „Linux-Video-Tutorial

“

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