linux内核中的get_user和put_user

linux内核中的get_user和put_user

在
内核空间和用户空间交换数据时，get_user和put_user是两个两用的函数。相对于copy_to_user和
copy_from_user(将在另一篇博客中分析)，这两个函数主要用于完成一些简单类型变量(char、int、long等)的拷贝任务，对于一些
复合类型的变量，比如数据结构或者数组类型，get_user和put_user函数还是无法胜任，这两个函数内部将对指针指向的对象长度进行检查，在
arm平台上只支持长度为1，2，4，8的变量。下面我具体分析，首先看get_user的定义(linux/include/asm-arm
/uaccess.h)：

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extern int __get_user_1(void *);

extern int __get_user_2(void *);

extern int __get_user_4(void *);

extern int __get_user_8(void *);

extern int __get_user_bad(void);

#define __get_user_x(__r2,__p,__e,__s,__i...) \

__asm__ __volatile__ ( \

__asmeq("%0", "r0") __asmeq("%1", "r2") \ //
进行判断(#define __asmeq(x, y) ".ifnc " x "," y " ; .err ; .endif\n\t")

"bl __get_user_" #__s \ //根据参数调用不同的函数，此时r0=指向用户空间的指针，r2=内核空间的变量

: "=&r" (__e), "=r" (__r2) \

: "0" (__p) \

: __i, "cc")

#define get_user(x,p) \

({ \

const register typeof(*(p)) __user *__p asm("r0") = (p);\ //__p的数据类型和*(p)的指针数据类型是一样的，__p = p，且存放在r0寄存器中

register typeof(*(p)) __r2 asm("r2"); \ //__r2的数据类型和*(p)的数据类型是一样的，且存放在r2寄存器中

register int __e asm("r0"); \ //定义__e，存放在寄存器r0，作为返回值

switch (sizeof(*(__p))) { \ //对__p所指向的对象长度进行检查，并根据长度调用响应的函数

case 1: \

__get_user_x(__r2, __p, __e, 1, "lr"); \

break; \

case 2: \

__get_user_x(__r2, __p, __e, 2, "r3", "lr"); \

break; \

case 4: \

__get_user_x(__r2, __p, __e, 4, "lr"); \

break; \

case 8: \

__get_user_x(__r2, __p, __e, 8, "lr"); \

break; \

default: __e = __get_user_bad(); break; \ //默认处理

} \

x = __r2; \

__e; \

})

上
面的源码涉及到gcc的内联汇编，不太了解的朋友可以参考前面的博客(http://blog.csdn.net/ce123/article
/details/8209702)。继续，跟踪__get_user_1等函数的执行，它们的定义如下(linux/arch/arm/lib
/getuser.S)。

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.global __get_user_1

__get_user_1:

1: ldrbt r2, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __get_user_2

__get_user_2:

2: ldrbt r2, [r0], #1

3: ldrbt r3, [r0]

#ifndef __ARMEB__

orr r2, r2, r3, lsl #8

#else

orr r2, r3, r2, lsl #8

#endif

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __get_user_4

__get_user_4:

4: ldrt r2, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __get_user_8

__get_user_8:

5: ldrt r2, [r0], #4

6: ldrt r3, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

__get_user_bad_8:

mov r3, #0

__get_user_bad:

mov r2, #0

mov r0, #-EFAULT

mov pc, lr

.section __ex_table, "a"

.long 1b, __get_user_bad

.long 2b, __get_user_bad

.long 3b, __get_user_bad

.long 4b, __get_user_bad

.long 5b, __get_user_bad_8

.long 6b, __get_user_bad_8

.previous

这
段代码都是单条汇编指令实现的内存操作，就不进行详细注解了。如果定义__ARMEB__宏，则是支持EABI的大端格式代码
(http://blog.csdn.net/ce123/article/details/8457491)，关于大端模式和小端模式的详细介绍，可以
参考http://blog.csdn.net/ce123/article/details/6971544。这段代码在.section
__ex_table, "a"之前都是常规的内存拷贝操纵，特殊的地方在于后面定义“__ex_table”section 。

标
号1,2，...，6处是内存访问指令，如果mov的源地址位于一个尚未被提交物理页面的空间中，将产生缺页异常，内核会调用do_page_fault
函数处理这个异常，因为异常发生在内核空间，do_page_fault将调用search_exception_tables在“ __ex_table”中查找异常指令的修复指令，在上面这段带面的最后，“__ex_table”section 中定义了如下数据：

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.section __ex_table, "a"

.long 1b, __get_user_bad //其中1b对应标号1处的指令，__get_user_bad是1处指令的修复指令。

.long 2b, __get_user_bad

.long 3b, __get_user_bad

.long 4b, __get_user_bad

.long 5b, __get_user_bad_8

.long 6b, __get_user_bad_8

当标号1处发生缺页异常时，系统将调用do_page_fault提交物理页面，然后跳到__get_user_bad继续执行。get_user函数如果成果执行则返回1，否则返回-EFAULT。

put_user用于将内核空间的一个简单类型变量x拷贝到p所指向的用户空间。该函数可以自动判断变量的类型，如果执行成功则返回0，否则返回-EFAULT。下面给出它们的定义(linux/include/asm-arm/uaccess.h)。

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extern int __put_user_1(void *, unsigned int);

extern int __put_user_2(void *, unsigned int);

extern int __put_user_4(void *, unsigned int);

extern int __put_user_8(void *, unsigned long long);

extern int __put_user_bad(void);

#define __put_user_x(__r2,__p,__e,__s) \

__asm__ __volatile__ ( \

__asmeq("%0", "r0") __asmeq("%2", "r2") \

"bl __put_user_" #__s \

: "=&r" (__e) \

: "0" (__p), "r" (__r2) \

: "ip", "lr", "cc")

#define put_user(x,p) \

({ \

const register typeof(*(p)) __r2 asm("r2") = (x); \

const register typeof(*(p)) __user *__p asm("r0") = (p);\

register int __e asm("r0"); \

switch (sizeof(*(__p))) { \

case 1: \

__put_user_x(__r2, __p, __e, 1); \

break; \

case 2: \

__put_user_x(__r2, __p, __e, 2); \

break; \

case 4: \

__put_user_x(__r2, __p, __e, 4); \

break; \

case 8: \

__put_user_x(__r2, __p, __e, 8); \

break; \

default: __e = __put_user_bad(); break; \

} \

__e; \

})

__put_user_1等函数的的定义如下(linux/arch/arm/lib/putuser.S)。

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.global __put_user_1

__put_user_1:

1: strbt r2, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __put_user_2

__put_user_2:

mov ip, r2, lsr #8

#ifndef __ARMEB__

2: strbt r2, [r0], #1

3: strbt ip, [r0]

#else

2: strbt ip, [r0], #1

3: strbt r2, [r0]

#endif

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __put_user_4

__put_user_4:

4: strt r2, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

.global __put_user_8

__put_user_8:

5: strt r2, [r0], #4

6: strt r3, [r0]

mov r0, #0

mov pc, lr

__put_user_bad:

mov r0, #-EFAULT

mov pc, lr

.section __ex_table, "a"

.long 1b, __put_user_bad

.long 2b, __put_user_bad

.long 3b, __put_user_bad

.long 4b, __put_user_bad

.long 5b, __put_user_bad

.long 6b, __put_user_bad

.previous

put_user函数就不具体分析了。get_user和put_user仅能完成一些简单类型变量的拷贝任务，后面我们将分析copy_to_user和copy_from_user。