Linux用户层和内核文件读写

   ===========================用户空间文件读写=========================


C语言函数fopen


函数简介
　　函数功能： 打开一个文件
　　函数原型：FILE * fopen(const char * path,const char * mode);
　　相关函数：open，fclose，fopen_s[1] ，_wfopen
　　所需库：
　　返回值： 文件顺利打开后，指向该流的文件指针就会被返回。若果文件打开失败则返回NULL，并把错误代码存在errno 中。
　　一般而言，打开文件后会作一些文件读取或写入的动作，若打开文件失败，接下来的读写动作也无法顺利进行，所以在fopen()后请作错误判断及处理。
　　参数说明：
　　参数path字符串包含欲打开的文件路径及文件名，参数mode字符串则代表着流形态。
　　mode有下列几种形态字符串:
　　r 打开只读文件，该文件必须存在。
　　r+ 打开可读写的文件，该文件必须存在。
　　rb+ 读写打开一个二进制文件，只允许读写数据。
　　rt+ 读写打开一个文本文件，允许读和写。
　　w 打开只写文件，若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
　　w+ 打开可读写文件，若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
　　a 以附加的方式打开只写文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾，即文件原先的内容会被保留。（EOF符保留）
　　a+ 以附加方式打开可读写的文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。 （原来的EOF符不保留）
　　wb 只写打开或新建一个二进制文件；只允许写数据。
　　wb+ 读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写。
　　wt+ 读写打开或着建立一个文本文件；允许读写。
　　at+ 读写打开一个文本文件，允许读或在文本末追加数据。
　　ab+ 读写打开一个二进制文件，允许读或在文件末追加数据。
　　上述的形态字符串都可以再加一个b字符，如rb、w+b或ab＋等组合，加入b 字符用来告诉函数库打开的文件为二进制文件，而非纯文字文件。不过在POSIX系统，包含Linux都会忽略该字符。由fopen()所建立的新文件会具有S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH|S_IWOTH(0666)权限，此文件权限也会参考umask 值。
　　有些C编译系统可能不完全提供所有这些功能，有的C版本不用"r+","w+","a+",而用"rw","wr","ar"等，读者注意所用系统的规定。
 


例如：下面接口w模式打开文件后，如果文件存在，那么里面mac地址就清空了

void write_mac_to_file(const char *file_path, const unsigned char *mac)
{
 FILE *f;
 unsigned char mac_src[MAC_LEN];
 char buf[100];


 f = fopen(file_path, "w");
 if (f == NULL) return;


 sprintf(buf, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", mac[0], mac[1], mac[2], mac[3], mac[4], mac[5]);
 fputs(buf, f);
 WCND_LOGD("write mac to configuration file: %s", buf);

 fclose(f);

 sprintf(buf, "chmod 666 %s", file_path);
 system(buf);
}


或者这么用，记得打开和写要配套哦。不然就bad file number 啦


 if(NULL != (fd = open(IWNPI_EXEC_TMP_FILE, O_RDWR|O_CREAT|O_SYNC|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH|S_IWOTH)))
    {
        int write_cnt = 0;
        write_cnt = write(fd,ret_result_buf,sizeof(ret_result_buf));
        close(fd);
    } else {
         ALOGD("open error=%d, %s\n",errno, strerror(errno));
    }

===========================内核空间文件读写==========================


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：
 
1. 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。
2. 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。
3.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）。

kernel 4.4版本上， read不能用filp->f_op->read；建议使用vfs_read

     if(file == NULL)
                file = filp_open(MY_FILE, O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT, 0644);
        if (IS_ERR(file)) {
                printk("error occured while opening file %s, exiting...\n", MY_FILE);
                return 0;
        }
        old_fs = get_fs();
        set_fs(KERNEL_DS);
        vfs_write(file, (char *)buf, sizeof(buf), &file->f_pos);
        set_fs(old_fs);
        filp_close(file, NULL);  

这里为什么vfs_write 前要set_fs(KERNEL_DS)?

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。

 

对应X86 android7.0 kernel4.4平台代码，发现不添加set_fs确实返回-14错误：

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

{

        if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count)))

                return -EFAULT;

}

#define access_ok(type,addr,size) (likely(__range_ok(addr,size) == 0))

#define access_ok(type,addr,size) (likely(__range_ok(addr,size) == 0))

#define __range_ok(addr,size) ({   unsigned longflag,roksum;   __chk_user_ptr(addr);   asm("addl %3,%1 ; sbbl %0,%0; cmpl%1,%4; sbbl $0,%0"  :"=&r" (flag), "=r" (roksum)   :"1" (addr),"g"((int)(size)),"rm" (current_thread_info()->addr_limit.seg));   flag; })

 

#define set_fs(x)(current_thread_info()->addr_limit = (x))