linux有内核文件操作函数，例filp_open()函数可用于打开文件、vfs_read()函数可用于读取文件、vfs_write()函数可用于写文件、filp_close()函数可用于关闭文件。在vfs_read和vfs_write函数中，其第二个参数指向的用户空间的内存地址，如果直接使用内核空间的指针，则会返回“-EFALUT”。
1. 内核空间文件操作
| 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) |
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！
3.Linux struct inode结构
/*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 struct file结构
struct file结构体定义在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11内核)中，其原型是：
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;
};在系统内核空间中，每个打开的文件都有一个对应的struct file。当打开文件并进行操作时，内核会创建一个该文件的描述符，并将其传递给相关的函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。通常在内核创建和驱动源码中，指向struct file的指针被命名为file或filp。
