使用call_usermodehelper在Linux内核中直接运行用户空间程序
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
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���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 Shen[email protected]
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。