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 ",
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... ", 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] == ""）
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.cAuthor :Edward Shenshendl_s@hotmail.comVersion :Copyright : Your copyrightnoticeDescription : 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 ",result）; printk（KERN_DEBUG"testDriver1_initexec！Theprocess is "%s",pidis %d ,sys_getpid is %d ",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 ",result）; printk（KERN_DEBUG"testDriver1_exitexec！Theprocess is "%s",pidis %d ",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。