copy_to_user和copy_from

在内核的学习中会遇到很多挺有意思的函数，而且能沿着一个函数扯出来很多个相关的函数。copy_to_user和copy_from_user就是在进行驱动相关程序设计的时候，要经常遇到的两个函数。由于内核空间与用户空间的内存不能直接互访，因此借助函数copy_to_user()完成用户空间到内核空间的复制，函数copy_from_user()完成内核空间到用户空间的复制。下面我们来仔细的理一下这两个函数的来龙去脉。

首先，我们来看一下这两个函数的在源码文件中是如何定义的：

~/arch/i386/lib/usercopy.c

unsigned long

copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

might_sleep();

BUG_ON((long) n < 0);

if (access_ok(VERIFY_WRITE, to, n))

n = __copy_to_user(to, from, n);

return n;

}

EXPORT_SYMBOL(copy_to_user);

从注释中就可以看出，这个函数的主要作用就是从内核空间拷贝一块儿数据到用户空间，由于这个函数有可能睡眠，所以只能用于用户空间。它有如下三个参数，

To 目标地址，这个地址是用户空间的地址；

From 源地址，这个地址是内核空间的地址；

N 将要拷贝的数据的字节数。

如果数据拷贝成功，则返回零；否则，返回没有拷贝成功的数据字节数。

以上是对函数的一些说明，接下来让我们看看这个函数的内部面目：

参数to的时候有个__user限定，这个在~/include/linux/compiler.h中有如下定义：

# define __user __attribute__((noderef, address_space(1)))

表示这是一个用户空间的地址，即其指向的为用户空间的内存

大家可能对这个__attribute__感到比较迷惑，不过没关系，google一下嘛

__attribute__是gnu c编译器的一个功能，它用来让开发者使用此功能给所声明的函数或者变量附加一个属性，以方便编译器进行错误检查，其实就是一个内核检查器。

具体可以参考如下：

http://unixwiz.net/techtips/gnu-c-attributes.html

接下来我们看一下

might_sleep();它有两个实现版本，debug版本和非debug版本：

在debug版本中，在有可能引起sleep的函数中会给出相应的提示，如果是在原子的上下文中执行，则会打印出栈跟踪的信息，这是通过__might_sleep(__FILE__, __LINE__);函数来实现的，并且接着调用might_resched()函数进行重新调度。

在非debug版本中直接调用might_resched()函数进行重新调度。

其实现方式为，在~/ include/linux/kernel.h中：

#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK_SLEEP

void __might_sleep(char *file, int line);

# define might_sleep() \

do { __might_sleep(__FILE__, __LINE__); might_resched(); } while (0)

#else

# define might_sleep() do { might_resched(); } while (0)

#endif

接下来是一个检查参数合法性的宏：

BUG_ON((long) n < 0);

其实现为如下(在~/include/asm-generic/bug.h):

它通过检查条件，根据结果来决定是否打印相应的提示信息；

#ifdef CONFIG_BUG

#ifndef HAVE_ARCH_BUG

#define BUG() do { \

printk("BUG: failure at %s:%d/%s()!\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__); \

panic("BUG!"); \

} while (0)

#endif

#ifndef HAVE_ARCH_BUG_ON

#define BUG_ON(condition) do { if (unlikely((condition)!=0)) BUG(); } while(0)

#endif

接下来是一个宏

access_ok(VERIFY_WRITE, to, n)

它是用来检查参数中一个指向用户空间数据块的指针是否有效，如果有效返回非零，否则返回零。其实现如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define access_ok(type,addr,size) (likely(__range_ok(addr,size) == 0))

其中__range_ok(addr,size)的实现是通过内嵌汇编来实现的，内容如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define __range_ok(addr,size) ({ \

unsigned long flag,sum; \

__chk_user_ptr(addr); \

asm("addl %3,%1 ; sbbl %0,%0; cmpl %1,%4; sbbl $0,%0" \

:"=&r" (flag), "=r" (sum) \

:"1" (addr),"g" ((int)(size)),"g" (current_thread_info()->addr_limit.seg)); \

flag; })

其实现的功能为：

(u33)addr + (u33)size >= (u33)current->addr_limit.seg

判断上式是否成立，若不成立则表示地址有效，返回零；否则返回非零

接下来的这个函数才是最重要的函数，它实现了拷贝的工作：

__copy_to_user(to, from, n)

其实现方式如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

static __always_inline unsigned long __must_check

__copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

might_sleep();

return __copy_to_user_inatomic(to, from, n);

}

有一个__always_inline宏，其内容就是inline，一个__must_check，其内容是在gcc3和gcc4版本里为__attribute__((warn_unused_result))

其中might_sleep同上面__user时候的注释。

最终调用的是__copy_to_user_inatomic(to, from, n)来完成拷贝工作的，此函数的实现如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

static __always_inline unsigned long __must_check

__copy_to_user_inatomic(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

if (__builtin_constant_p(n)) {

unsigned long ret;

switch (n) {

case 1:

__put_user_size(*(u8 *)from, (u8 __user *)to, 1, ret, 1);

return ret;

case 2:

__put_user_size(*(u16 *)from, (u16 __user *)to, 2, ret, 2);

return ret;

case 4:

__put_user_size(*(u32 *)from, (u32 __user *)to, 4, ret, 4);

return ret;

}

return __copy_to_user_ll(to, from, n);

}

其中__builtin_constant_p(n)为gcc的内建函数，__builtin_constant_p用于判断一个值是否为编译时常熟，如果参数n的值为常数，函数返回1，否则返回0。很多计算或操作在参数为常数时有更优化的实现，在 GNU C 中用上面的方法可以根据参数是否为常数，只编译常数版本或非常数版本，这样既不失通用性，又能在参数是常数时编译出最优化的代码。

如果n为常数1、2或者4，就会选择某个swith来执行拷贝动作，拷贝是通过如下函数来实现的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#ifdef CONFIG_X86_WP_WORKS_OK

#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret) \

do { \

retval = 0; \

__chk_user_ptr(ptr); \

switch (size) { \

case 1: __put_user_asm(x,ptr,retval,"b","b","iq",errret);break; \

case 2: __put_user_asm(x,ptr,retval,"w","w","ir",errret);break; \

case 4: __put_user_asm(x,ptr,retval,"l","","ir",errret); break; \

case 8: __put_user_u64((__typeof__(*ptr))(x),ptr,retval); break;\

default: __put_user_bad(); \

} \

} while (0)

#else

#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret) \

do { \

__typeof__(*(ptr)) __pus_tmp = x; \

retval = 0; \

if(unlikely(__copy_to_user_ll(ptr, &__pus_tmp, size) != 0)) \

retval = errret; \

} while (0)

#endif

其中__put_user_asm为一个宏，拷贝工作是通过如下的内联汇编来实现的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define __put_user_asm(x, addr, err, itype, rtype, ltype, errret) \

__asm__ __volatile__( \

"1: mov"itype" %"rtype"1,%2\n" \

"2:\n" \

".section .fixup,\"ax\"\n" \

"3: movl %3,%0\n" \

" jmp 2b\n" \

".previous\n" \

".section __ex_table,\"a\"\n" \

" .align 4\n" \

" .long 1b,3b\n" \

".previous" \

: "=r"(err) \

: ltype (x), "m"(__m(addr)), "i"(errret), "0"(err))

copy_to_user和copy_from_user相关推荐

linux内核中的copy_to_user和copy_from_user(一)
linux内核中的copy_to_user和copy_from_user(一) 2017年12月21日 20:07:32 prike 阅读数:4768 linux内核中的copy_to_user和co ...
copy_to_user copy_from_user返回值
copy_to_user 内核空间与用户空间数据传递的通道是copy_to_user和copy_from_user,刚开始使用时对他们的返回值非常困惑. 按照"常理",返回值应该是 ...
Linux驱动修炼之道-RTC子系统框架与源码分析【转】
转自:http://helloyesyes.iteye.com/blog/1072433 努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品,为梦而战.转载请标明出处 http://bl ...
Linux内核分析——第五章系统调用
第五章系统调用 5.1 与内核通信 1.系统调用在用户空间进程和硬件设备之间添加了一个中间层,该层主要作用有三个: (1)为用户空间提供了一种硬件的抽象接口 (2)系统调用保证了系统的稳定和安全 ( ...
面试题：如何理解 Linux 的零拷贝技术？
点击上方"方志朋",选择"设为星标" 回复"666"获取新整理的面试文章本文讲解 Linux 的零拷贝技术,云计算是一门很庞大的技术学科, ...
linux简单设计与实现代码,《linux内核设计与实现》第五章(示例代码)
第五章系统调用一.与内核通信系统调用在用户空间进程和硬件设备之间添加了一个中间层.作用: 为用户空间提供了一种硬件的抽象接口. 系统调用保证了系统的稳定和安全. 每个进程都运行在虚拟系统中,而在 ...
十天学Linux内核之第二天---进程
十天学Linux内核之第二天---进程原文:十天学Linux内核之第二天---进程都说这个主题不错,连我自己都觉得有点过大了,不过我想我还是得坚持下去,努力在有限的时间里学习到Linux内核的奥秘 ...
Linux 操作系统原理 — 零拷贝技术
目录文章目录目录 Linux I/O 缓存背景为什么需要零拷贝? 零拷贝技术(Zero-Copy) 方法一:用户态直接 I/O 方法二:mmap + write 方法三:Sendfile 方法四 ...
linux c 各头文件作用总结
#include <linux/***.h> 是在linux-2.6.29/include/linux下面寻找源文件. #include <asm/***.h> 是在linux ...

copy_to_user和copy_from_user

copy_to_user和copy_from_user相关推荐

最新文章

热门文章