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)：
- 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)。
- .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：
- .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)。
- 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)。
- .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。
