Linux读取/proc文件时proc_read()为何被重复调用直至返回0？

你在《操作系统概念》中实现的是Linux内核的/proc文件系统模块，你给出的模块代码如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

#define BUFFER_SIZE 128
#define PROC_NAME "hello"

ssize_t proc_read(struct file *file, char __user *usr_buf, size_t count, loff_t *pos);
static struct file_operations proc_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = proc_read,
};

/* 模块加载时调用该函数 */
int proc_init(void)
{
 /* 创建/proc/hello入口 */
 proc_create(PROC_NAME, 0666, NULL, &proc_ops);
 return 0;
}

/* 模块卸载时调用该函数 */
void proc_exit(void)
{
 /* 删除/proc/hello入口 */
 remove_proc_entry(PROC_NAME, NULL);
}

你遇到的疑问是执行cat /proc/hello时，proc_read()会被重复调用直到返回0的原因，以及该函数的调用方，以下是具体解答：

proc_read()是你注册到proc文件系统的自定义读回调函数，触发和调用链路如下：

• 用户空间执行cat /proc/hello命令时，cat工具会主动发起read()系统调用，请求读取目标文件的内容
• 内核的虚拟文件系统（VFS）层接收到read系统调用后，会根据读取的文件所属的文件系统类型（这里是procfs），匹配到你创建/proc/hello节点时注册的proc_ops操作结构体，最终调用你实现的proc_read()函数处理读请求
  本质上该函数的调用方是内核的VFS层，属于内核态的回调函数，由用户态的读操作触发。

这是Linux系统中read()操作的通用约定，分为内核和用户态两层逻辑：

1. 内核回调返回值规则

VFS层要求所有文件的读回调返回值遵循统一规则：返回正整数表示本次调用成功读取的字节数；返回0表示已经读到文件末尾（EOF），没有更多内容可以返回；返回负整数表示读操作出现错误。
同时proc_read()的入参loff_t *pos是当前读操作的偏移量，每次回调成功返回正整数后，VFS会自动更新pos的数值，下一次回调时pos会指向尚未读取的内容起始位置。

2. 用户态读工具的逻辑
   你用到的cat工具的默认读逻辑是：只要read系统调用返回值大于0，就认为还有内容没读完，会持续发起read系统调用；只有返回0（读到EOF）或者返回负数（出错）时，才会停止读操作。

举个实际的实现例子，如果你要在读取/proc/hello时返回"Hello World\n"共12字节，proc_read()的正确实现逻辑如下：

ssize_t proc_read(struct file *file, char __user *usr_buf, size_t count, loff_t *pos)
{
    char buf[] = "Hello World\n";
    int len = sizeof(buf);
    // 如果偏移量已经大于等于内容长度，说明已经读完，返回0（EOF）
    if (*pos >= len) {
        return 0;
    }
    // 把内核空间的内容拷贝到用户空间缓冲区
    if (copy_to_user(usr_buf, buf, len)) {
        return -EFAULT;
    }
    // 更新偏移量
    *pos += len;
    // 返回本次读取的字节数
    return len;
}

如果你的proc_read()实现永远返回正整数，就会触发cat无限发起读请求，出现死循环。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kaiyu Yang