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linux內(nèi)核中的get_user和put_user

作者： 時間：2016-11-22 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
內(nèi)核版本：2.6.14

CPU平臺：arm

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201611/319994.htm

在內(nèi)核空間和用戶空間交換數(shù)據(jù)時，get_user和put_user是兩個兩用的函數(shù)。相對于copy_to_user和copy_from_user(將在另一篇博客中分析)，這兩個函數(shù)主要用于完成一些簡單類型變量(char、int、long等)的拷貝任務(wù)，對于一些復(fù)合類型的變量，比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者數(shù)組類型，get_user和put_user函數(shù)還是無法勝任，這兩個函數(shù)內(nèi)部將對指針指向的對象長度進行檢查，在arm平臺上只支持長度為1，2，4，8的變量。下面我具體分析，首先看get_user的定義(linux/include/asm-arm/uaccess.h)：

[plain]view plaincopy
print?
  1. externint__get_user_1(void*);
  2. externint__get_user_2(void*);
  3. externint__get_user_4(void*);
  4. externint__get_user_8(void*);
  5. externint__get_user_bad(void);
  7. #define__get_user_x(__r2,__p,__e,__s,__i...)
  8. __asm____volatile__(
  9. __asmeq("%0","r0")__asmeq("%1","r2")//進行判斷(#define__asmeq(x,y)".ifnc"x","y";.err;.endifnt")
  10. "bl__get_user_"#__s//根據(jù)參數(shù)調(diào)用不同的函數(shù)，此時r0=指向用戶空間的指針，r2=內(nèi)核空間的變量
  11. :"=&r"(__e),"=r"(__r2)
  12. :"0"(__p)
  13. :__i,"cc")
  15. #defineget_user(x,p)
  16. ({
  17. constregistertypeof(*(p))__user*__pasm("r0")=(p);//__p的數(shù)據(jù)類型和*(p)的指針數(shù)據(jù)類型是一樣的，__p=p，且存放在r0寄存器中
  18. registertypeof(*(p))__r2asm("r2");//__r2的數(shù)據(jù)類型和*(p)的數(shù)據(jù)類型是一樣的，且存放在r2寄存器中
  19. registerint__easm("r0");//定義__e，存放在寄存器r0，作為返回值
  20. switch(sizeof(*(__p))){//對__p所指向的對象長度進行檢查，并根據(jù)長度調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)
  21. case1:
  22. __get_user_x(__r2,__p,__e,1,"lr");
  23. break;
  24. case2:
  25. __get_user_x(__r2,__p,__e,2,"r3","lr");
  26. break;
  27. case4:
  28. __get_user_x(__r2,__p,__e,4,"lr");
  29. break;
  30. case8:
  31. __get_user_x(__r2,__p,__e,8,"lr");
  32. break;
  33. default:__e=__get_user_bad();break;//默認處理
  34. }
  35. x=__r2;
  36. __e;
  37. })

上面的源碼涉及到gcc的內(nèi)聯(lián)匯編，不太了解的朋友可以參考前面的博客(http://blog.csdn.net/ce123/article/details/8209702)。繼續(xù)，跟蹤__get_user_1等函數(shù)的執(zhí)行，它們的定義如下(linux/arch/arm/lib/getuser.S)。

[plain]view plaincopy
print?
  1. .global__get_user_1
  2. __get_user_1:
  3. 1:ldrbtr2,[r0]
  4. movr0,#0
  5. movpc,lr
  7. .global__get_user_2
  8. __get_user_2:
  9. 2:ldrbtr2,[r0],#1
  10. 3:ldrbtr3,[r0]
  11. #ifndef__ARMEB__
  12. orrr2,r2,r3,lsl#8
  13. #else
  14. orrr2,r3,r2,lsl#8
  15. #endif
  16. movr0,#0
  17. movpc,lr
  19. .global__get_user_4
  20. __get_user_4:
  21. 4:ldrtr2,[r0]
  22. movr0,#0
  23. movpc,lr
  25. .global__get_user_8
  26. __get_user_8:
  27. 5:ldrtr2,[r0],#4
  28. 6:ldrtr3,[r0]
  29. movr0,#0
  30. movpc,lr
  32. __get_user_bad_8:
  33. movr3,#0
  34. __get_user_bad:
  35. movr2,#0
  36. movr0,#-EFAULT
  37. movpc,lr
  39. .section__ex_table,"a"
  40. .long1b,__get_user_bad
  41. .long2b,__get_user_bad
  42. .long3b,__get_user_bad
  43. .long4b,__get_user_bad
  44. .long5b,__get_user_bad_8
  45. .long6b,__get_user_bad_8
  46. .previous

這段代碼都是單條匯編指令實現(xiàn)的內(nèi)存操作，就不進行詳細注解了。如果定義__ARMEB__宏，則是支持EABI的大端格式代碼(http://blog.csdn.net/ce123/article/details/8457491)，關(guān)于大端模式和小端模式的詳細介紹，可以參考http://blog.csdn.net/ce123/article/details/6971544。這段代碼在.section __ex_table, "a"之前都是常規(guī)的內(nèi)存拷貝操縱，特殊的地方在于后面定義“__ex_table”section 。

標(biāo)號1,2，...，6處是內(nèi)存訪問指令，如果mov的源地址位于一個尚未被提交物理頁面的空間中，將產(chǎn)生缺頁異常，內(nèi)核會調(diào)用do_page_fault函數(shù)處理這個異常，因為異常發(fā)生在內(nèi)核空間，do_page_fault將調(diào)用search_exception_tables在“__ex_table”中查找異常指令的修復(fù)指令，在上面這段帶面的最后，“__ex_table”section 中定義了如下數(shù)據(jù)：

[plain]view plaincopy
print?
  1. .section__ex_table,"a"
  2. .long1b,__get_user_bad//其中1b對應(yīng)標(biāo)號1處的指令，__get_user_bad是1處指令的修復(fù)指令。
  3. .long2b,__get_user_bad
  4. .long3b,__get_user_bad
  5. .long4b,__get_user_bad
  6. .long5b,__get_user_bad_8
  7. .long6b,__get_user_bad_8
當(dāng)標(biāo)號1處發(fā)生缺頁異常時，系統(tǒng)將調(diào)用do_page_fault提交物理頁面，然后跳到__get_user_bad繼續(xù)執(zhí)行。get_user函數(shù)如果成果執(zhí)行則返回1，否則返回-EFAULT。

put_user用于將內(nèi)核空間的一個簡單類型變量x拷貝到p所指向的用戶空間。該函數(shù)可以自動判斷變量的類型，如果執(zhí)行成功則返回0，否則返回-EFAULT。下面給出它們的定義(linux/include/asm-arm/uaccess.h)。

[plain]view plaincopy
print?
  1. externint__put_user_1(void*,unsignedint);
  2. externint__put_user_2(void*,unsignedint);
  3. externint__put_user_4(void*,unsignedint);
  4. externint__put_user_8(void*,unsignedlonglong);
  5. externint__put_user_bad(void);
  7. #define__put_user_x(__r2,__p,__e,__s)
  8. __asm____volatile__(
  9. __asmeq("%0","r0")__asmeq("%2","r2")
  10. "bl__put_user_"#__s
  11. :"=&r"(__e)
  12. :"0"(__p),"r"(__r2)
  13. :"ip","lr","cc")
  15. #defineput_user(x,p)
  16. ({
  17. constregistertypeof(*(p))__r2asm("r2")=(x);
  18. constregistertypeof(*(p))__user*__pasm("r0")=(p);
  19. registerint__easm("r0");
  20. switch(sizeof(*(__p))){
  21. case1:
  22. __put_user_x(__r2,__p,__e,1);
  23. break;
  24. case2:
  25. __put_user_x(__r2,__p,__e,2);
  26. break;
  27. case4:
  28. __put_user_x(__r2,__p,__e,4);
  29. break;
  30. case8:
  31. __put_user_x(__r2,__p,__e,8);
  32. break;
  33. default:__e=__put_user_bad();break;
  34. }
  35. __e;
  36. })
__put_user_1等函數(shù)的的定義如下(linux/arch/arm/lib/putuser.S)。

[plain]view plaincopy
print?
  1. .global__put_user_1
  2. __put_user_1:
  3. 1:strbtr2,[r0]
  4. movr0,#0
  5. movpc,lr
  7. .global__put_user_2
  8. __put_user_2:
  9. movip,r2,lsr#8
  10. #ifndef__ARMEB__
  11. 2:strbtr2,[r0],#1
  12. 3:strbtip,[r0]
  13. #else
  14. 2:strbtip,[r0],#1
  15. 3:strbtr2,[r0]
  16. #endif
  17. movr0,#0
  18. movpc,lr
  20. .global__put_user_4
  21. __put_user_4:
  22. 4:strtr2,[r0]
  23. movr0,#0
  24. movpc,lr
  26. .global__put_user_8
  27. __put_user_8:
  28. 5:strtr2,[r0],#4
  29. 6:strtr3,[r0]
  30. movr0,#0
  31. movpc,lr
  33. __put_user_bad:
  34. movr0,#-EFAULT
  35. movpc,lr
  37. .section__ex_table,"a"
  38. .long1b,__put_user_bad
  39. .long2b,__put_user_bad
  40. .long3b,__put_user_bad
  41. .long4b,__put_user_bad
  42. .long5b,__put_user_bad
  43. .long6b,__put_user_bad
  44. .previous
put_user函數(shù)就不具體分析了。get_user和put_user僅能完成一些簡單類型變量的拷貝任務(wù)，后面我們將分析copy_to_user和copy_from_user。

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