使用call_usermodehelper在Linux内核中直接运行用户空间程序

by沈东良/良少http://blog.csdn.net/shendl2011.07.19

系统初始化时kernel_init在内核态创建和运行应用程序以完成系统初始化

内核刚刚启动时，只有内核态的代码，后来在init过程中，在内核态运行了一些初始化系统的程序，才产生了工作在用户空间的进程。

/* This is a non __init function. Force it to be noinline otherwise gcc

736 * makes it inline to init() and it becomes part of init.text section

737 */

738static noinline int init_post(void)

739{

740 /* need to finish all async __init code before freeing the memory */

741 async_synchronize_full();

742 free_initmem();

743 mark_rodata_ro();

744 system_state = SYSTEM_RUNNING;

745 numa_default_policy();

746

747

748 current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;

749

750 if (ramdisk_execute_command) {

751 run_init_process(ramdisk_execute_command);

752 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",

753 ramdisk_execute_command);

754 }

755

756 /*

757 * We try each of these until one succeeds.

758 *

759 * The Bourne shell can be used instead of init if we are

760 * trying to recover a really broken machine.

从内核里发起系统调用，执行用户空间的应用程序。这些程序自动以root权限运行。

761 */

762 if (execute_command) {

763 run_init_process(execute_command);

764 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "

765 "defaults...\n", execute_command);

766 }

767 run_init_process("/sbin/init");

768 run_init_process("/etc/init");

769 run_init_process("/bin/init");

770 run_init_process("/bin/sh");

771

772 panic("No init found. Try passing init= option to kernel. "

773 "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");

774}

这里，内核以此运行用户空间程序，从而产生了第一个以及后续的用户空间程序。

一般用户空间的init程序，会启动一个shell，供用户登录系统用。这样，这里启动的用户空间的程序永远不会返回。

也就是说，正常情况下不会到panic这一步。

系统执行到这里后，Linux Kernel的初始化就完成了。

此时，中断和中断驱动的进程调度机制，调度着各个线程在各个CPU上的运行。

中断处理程序不时被触发。

操作系统上，一些内核线程在内核态运行，它们永远不会进入用户态。它们也根本没有用户态的内存空间。它的线性地址空间就是共享内核的线性地址空间。

一些用户进程通常在用户态运行。有时因为系统调用而进入内核态，调用内核提供的系统调用处理函数。

但有时，我们的内核模块或者内核线程希望能够调用用户空间的进程，就像系统启动之初init_post函数做的那样。

如，一个驱动从内核得到了主从设备号，然后需要使用mknod命令创建相应的设备文件，以供用户调用该设备。

如，一个内核线程想神不知鬼不觉地偷偷运行个有特权的后门程序。

等等之类的需求。

call_usermodehelper函数

Linux
Kernel提供了call_usermodehelper函数，让我们能够异常方便地在内核中直接新建和运行用户空间程序，并且该程序具有root权限。

call_usermodehelper函数源码

include/linux/kmod.h头文件

105static inline int

106call_usermodehelper(char *path, char **argv, char **envp, enum umh_wait wait)

107{

108 return call_usermodehelper_fns(path, argv, envp, wait,

109 NULL, NULL, NULL);

110}

111

50enum umh_wait {

51 UMH_NO_WAIT = -1, /* don't wait at all */

52 UMH_WAIT_EXEC = 0, /* wait for the exec, but not the process */

53 UMH_WAIT_PROC = 1, /* wait for the process to complete */

54};

55

56struct subprocess_info {

57 struct work_struct work;

58 struct completion *complete;

59 char *path;

60 char **argv;

61 char **envp;

62 enum umh_wait wait;

63 int retval;

64 int (*init)(struct subprocess_info *info);

65 void (*cleanup)(struct subprocess_info *info);

66 void *data;

67};

68

kernel/kmod.c实现文件

377/**

378 * call_usermodehelper_exec - start a usermode application

379 * @sub_info: information about the subprocessa 子进程的信息

380 * @wait: wait for the application to finish and return status.等待用户空间子进程的完成，并返回结果。

381 * when -1 don't wait at all, but you get no useful error back when

382 * the program couldn't be exec'ed. This makes it safe to call

383 * from interrupt context.

-1表示根本不等待子进程的结束。 但这样你就无法对程序出错进行处理。

如果使用中断上下文，那么应该使用-1。

384 *

385 * Runs a user-space application. The application is started

386 * asynchronously if wait is not set, and runs as a child of keventd.

387 * (ie. it runs with full root capabilities).

call_usermodehelper_exec函数，启动一个用户模式应用程序。

如果不设置wait，那么用户空间应用程序会被异步启动。 它在root权限下运行。是keventd进程的子进程。

388 */

389int call_usermodehelper_exec(struct subprocess_info *sub_info,

390 enum umh_wait wait)

391{

392 DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done);

393 int retval = 0;

394

395 helper_lock();

396 if (sub_info->path[0] == '\0')

397 goto out;

398

399 if (!khelper_wq || usermodehelper_disabled) {

400 retval = -EBUSY;

401 goto out;

402 }

403

404 sub_info->complete = &done;

405 sub_info->wait = wait;

406把用户空间进程挂到一个内核工作队列。

407 queue_work(khelper_wq, &sub_info->work);

408 if (wait == UMH_NO_WAIT) /* task has freed sub_info */

409 goto unlock;

如果等待子进程完成，那么执行等待完成的 事件通知和唤醒。就是说当前进程sleep。

410 wait_for_completion(&done);

411 retval = sub_info->retval;

412

413out:

414 call_usermodehelper_freeinfo(sub_info);

415unlock:

416 helper_unlock();

417 return retval;

418}

419EXPORT_SYMBOL(call_usermodehelper_exec);

420

421void __init usermodehelper_init(void)

422{

423 khelper_wq = create_singlethread_workqueue("khelper");

424 BUG_ON(!khelper_wq);

425}

call_usermodeheler函数创建的新程序，实际上作为keventd内核线程的子进程运行，因此具有root权限。

新程序被扔到内核工作队列“khelper”中进行执行。

如果使用UMH_NO_WAIT，那么因为没有在事件队列上等待和唤醒的过程，因此可以在中断上下文中使用。

它的返回值是新程序的返回值。

call_usermodeheler函数的参数用法和execve函数一致

#include<unistd.h>

intexecve(const
char *filename,
char *const argv[],

char*const envp[]);

execve函数使用sys_execve系统调用，创建并运行一个程序。

argv是字符串数组，是将被传输到新程序的参数。

envp是字符串数组，格式是key=value，是传递给新程序的环境变量。

argv和envp都必须以NULL字符串结束。以此来实现对字符串数组的大小统计。

这就意味着，argv的第一个参数也必须是程序名。也就是说，新程序名要在execve函数的参数中传递两次。

这和main函数传入的参数格式也是一致的。

使用call_usermodehelper在内核态创建和运行用户空间程序的示例

/*

============================================================================

Name
: testDriver1.c

Author
:Edward Shenshendl_s@hotmail.com

Version
:

Copyright
: Your copyrightnotice

Description
: Hello World in C,Ansi-style

============================================================================

*/

#include<linux/init.h>

#include<linux/module.h>

#include<linux/moduleparam.h>

//#include<linux/config.h>

#include<linux/kernel.h>/*printk()*/

#include<linux/sched.h>

MODULE_LICENSE("DualBSD/GPL");

static__initinttestDriver1_init(void){

intresult=0;

char cmdPath[]="/usr/bin/touch";

char* cmdArgv[]={cmdPath,"/touchX.txt",NULL};

char* cmdEnvp[]={"HOME=/",

"PATH=/sbin:/bin:/usr/bin",NULL};

result=call_usermodehelper(cmdPath,cmdArgv,cmdEnvp,UMH_WAIT_PROC);

printk(KERN_DEBUG"testDriver1_initexec!Theresult
of call_usermodehelper is %d\n",result);

printk(KERN_DEBUG"testDriver1_initexec!Theprocess
is \"%s\",pidis
%d ,sys_getpid is %d \n",current->comm,current->pid);

returnresult;

}

static__exitvoidtestDriver1_exit(void){

intresult=0;

char cmdPath[]="/bin/rm";

char* cmdArgv[]={cmdPath,"/touchX.txt",NULL};

char* cmdEnvp[]={"HOME=/",

"PATH=/sbin:/bin:/usr/bin",NULL};

result=call_usermodehelper(cmdPath,cmdArgv,cmdEnvp,UMH_WAIT_PROC);

printk(KERN_DEBUG"testDriver1_exitexec!Theresult
of call_usermodehelper is %d\n",result);

printk(KERN_DEBUG"testDriver1_exitexec!Theprocess
is \"%s\",pidis
%d \n",current->comm,current->pid);

}

module_init(testDriver1_init);

module_exit(testDriver1_exit);

编译上述模块的命令：

make-C
/lib/modules/`uname -r`/build M=`pwd` modules

然后使用insmod和rmmod命令加载和卸载驱动。可以看到上述命令创建了文件和删除了创建的文件。