3. 

        <meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>
          
	
	
          
		
			
		
          
    
    	
          
  		
          
		    
          
		      
		      
		      
		    
          
  		
          
  		
          
	
          


	


          
		
          
		            
            
        		
          
		
          







          


          
	
	
          
		
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          linux內(nèi)核中的copy_to_user和copy_from_user(一)
          
						
          
				作者：
				時(shí)間：2016-11-22
				來源：網(wǎng)絡(luò)
				
				
				
				
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			Kernel version：2.6.14
          CPU architecture：ARM920T
          本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201611/319995.htm
          Author：ce123(http://blog.csdn.net/ce123)
          1.copy_from_user
          在學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)碰到copy_from_user和copy_to_user這兩個(gè)函數(shù)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的ioctl函數(shù)就經(jīng)常會(huì)用到。這兩個(gè)函數(shù)負(fù)責(zé)在用戶空間和內(nèi)核空間傳遞數(shù)據(jù)。首先看看它們的定義(linux/include/asm-arm/uaccess.h)，先看copy_from_user：
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. staticinlineunsignedlongcopy_from_user(void*to,constvoid__user*from,unsignedlongn)
          2. {
          3. if(access_ok(VERIFY_READ,from,n))
          4. n=__arch_copy_from_user(to,from,n);
          5. else/*securityhole-plugit*/
          6. memzero(to,n);
          7. returnn;
          8. }
          先看函數(shù)的三個(gè)參數(shù)：*to是內(nèi)核空間的指針，*from是用戶空間指針，n表示從用戶空間想內(nèi)核空間拷貝數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。如果成功執(zhí)行拷貝操作，則返回0，否則返回還沒有完成拷貝的字節(jié)數(shù)。
          這個(gè)函數(shù)從結(jié)構(gòu)上來分析，其實(shí)都可以分為兩個(gè)部分：
          1. 首先檢查用戶空間的地址指針是否有效；
          2. 調(diào)用__arch_copy_from_user函數(shù)。
          1.1.access_ok
          access_ok用來對(duì)用戶空間的地址指針from作某種有效性檢驗(yàn)，這個(gè)宏和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)，在arm平臺(tái)上為(linux/include/asm-arm/uaccess.h)：
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. #define__range_ok(addr,size)({
          2. unsignedlongflag,sum;
          3. __chk_user_ptr(addr);
          4. __asm__("adds%1,%2,%3;sbcccs%1,%1,%0;movcc%0,#0"
          5. :"=&r"(flag),"=&r"(sum)
          6. :"r"(addr),"Ir"(size),"0"(current_thread_info()->addr_limit)
          7. :"cc");
          8. flag;})
          10. #defineaccess_ok(type,addr,size)(__range_ok(addr,size)==0)
          可以看到access_ok中第一個(gè)參數(shù)type并沒有用到，__range_ok的作用在于判斷addr+size之后是否還在進(jìn)程的用戶空間范圍之內(nèi)。下面我們具體看一下。這段代碼涉及到GCC內(nèi)聯(lián)匯編，不懂的朋友可以先看看這篇博客(http://blog.csdn.net/ce123/article/details/8209702)。
          (1)unsigned long flag, sum;\定義兩個(gè)變量
          • flag：保存結(jié)果的變量：非零代表地址無效，零代表地址可以訪問。初始存放非零值(current_thread_info()->addr_limit)，也就是當(dāng)前進(jìn)程的地址上限值。
          • sum：保存要訪問的地址范圍末端，用于和當(dāng)前進(jìn)程地址空間限制數(shù)據(jù)做比較。
          (2)__chk_user_ptr(addr);\定義是一個(gè)空函數(shù)
          這個(gè)函數(shù)涉及到__CHECKER__宏的判斷，__CHECKER__宏在通過Sparse（Semantic Parser for C）工具對(duì)內(nèi)核代碼進(jìn)行檢查時(shí)會(huì)定義的。在使用make C=1或C=2時(shí)便會(huì)調(diào)用該工具，這個(gè)工具可以檢查在代碼中聲明了sparse所能檢查到的相關(guān)屬性的內(nèi)核函數(shù)和變量。
          • 如果定義了__CHECKER__，__chk_user_ptr和__chk_io_ptr在這里只聲明函數(shù)，沒有函數(shù)體，目的就是在編譯過程中Sparse能夠捕捉到編譯錯(cuò)誤，檢查參數(shù)的類型。
          • 如果沒有定義__CHECKER__，這就是一個(gè)空函數(shù)。
          請(qǐng)看具體的定義(linux/compiler.h)：
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. #ifdef__CHECKER__
          2. ...
          3. externvoid__chk_user_ptr(void__user*);
          4. externvoid__chk_io_ptr(void__iomem*);
          5. #else
          6. ...
          7. #define__chk_user_ptr(x)(void)0
          8. #define__chk_io_ptr(x)(void)0
          9. ...
          10. #endif
          (3)接下來是匯編：
          adds %1, %2, %3
          sum = addr + size 這個(gè)操作影響狀態(tài)位(目的是影響是進(jìn)位標(biāo)志C)，以下的兩個(gè)指令都帶有條件CC，也就是當(dāng)C=0的時(shí)候才執(zhí)行。
          如果上面的加法指令進(jìn)位了（C=1），則以下的指令都不執(zhí)行，flag就為初始值current_thread_info()->addr_limit(非0)，并返回。
          如果沒有進(jìn)位（C=0），就執(zhí)行下面的指令：
          sbcccs %1, %1, %0
          sum = sum - flag - 1，也就是(addr + size) - (current_thread_info()->addr_limit) - 1，操作影響符號(hào)位。
          如果(addr + size) >= (current_thread_info()->addr_limit) - 1，則C=1
          如果(addr + size) < (current_thread_info()->addr_limit) - 1，則C=0
          當(dāng)C=0的時(shí)候執(zhí)行以下指令，否則跳過(flag非零)。
          movcc %0, #0
          flag = 0，給flag賦值0。
          綜上所述：__range_ok宏其實(shí)等價(jià)于：
          • 如果(addr + size) >= (current_thread_info()->addr_limit) - 1，返回非零值
          • 如果(addr + size) < (current_thread_info()->addr_limit)，返回零
          而access_ok就是檢驗(yàn)將要操作的用戶空間的地址范圍是否在當(dāng)前進(jìn)程的用戶地址空間限制中。這個(gè)宏的功能很簡(jiǎn)單，完全可以用C實(shí)現(xiàn)，不是必須使用匯編。但于這兩個(gè)函數(shù)使用頻繁，就使用匯編來實(shí)現(xiàn)部分功能來增加效率。
          從這里再次可以認(rèn)識(shí)到，copy_from_user的使用是結(jié)合進(jìn)程上下文的，因?yàn)樗麄円L問“user”的內(nèi)存空間，這個(gè)“user”必須是某個(gè)特定的進(jìn)程。通過上面的源碼就知道，其中使用了current_thread_info()來檢查空間是否可以訪問。如果在驅(qū)動(dòng)中使用這兩個(gè)函數(shù)，必須是在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)中使用，不可在實(shí)現(xiàn)中斷處理的函數(shù)中使用。如果在中斷上下文中使用了，那代碼就很可能操作了根本不相關(guān)的進(jìn)程地址空間。其次由于操作的頁(yè)面可能被換出，這兩個(gè)函數(shù)可能會(huì)休眠，所以同樣不可在中斷上下文中使用。
          1.2.__arch_copy_from_user
          在深入講解之前，我們先想一個(gè)問題：為什么要使用copy_from_user函數(shù)？？？理論上，內(nèi)核空間可以直接使用用戶空間傳過來的指針，即使要做數(shù)據(jù)拷貝的動(dòng)作，也可以直接使用memcpy，事實(shí)上，在沒有MMU的體系架構(gòu)上，copy_form_user最終的實(shí)現(xiàn)就是利用了memcpy。但對(duì)于大多數(shù)有MMU的平臺(tái)，情況就有了一些變化：用戶空間傳過來的指針是在虛擬地址空間上的，它指向的虛擬地址空間很可能還沒有真正映射到實(shí)際的物理頁(yè)面上。但這又能怎樣呢？缺頁(yè)導(dǎo)致的異常會(huì)透明的被內(nèi)核予以修復(fù)(為缺頁(yè)的地址空間提交新的物理頁(yè)面)，訪問到缺頁(yè)的指令會(huì)繼續(xù)運(yùn)行仿佛什么都沒有發(fā)生一樣。但這只是用戶空間缺頁(yè)異常的行為，在內(nèi)核空間這樣卻因一場(chǎng)必須被顯示的修復(fù)，這是由內(nèi)核提供的缺頁(yè)異常處理函數(shù)的設(shè)計(jì)模式?jīng)Q定的，其背后的思想后：在內(nèi)核態(tài)中，如果程序試圖訪問一個(gè)尚未提交物理頁(yè)面的用戶空間地址，內(nèi)核必須對(duì)此保持警惕而不能像用戶空間那樣毫無察覺。
          如果內(nèi)核訪問一個(gè)尚未被提交物理頁(yè)面的空間，將產(chǎn)生缺頁(yè)異常，內(nèi)核會(huì)調(diào)用do_page_fault，因?yàn)楫惓０l(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__arch_copy_from_user函數(shù)中經(jīng)常使用USER宏，這個(gè)宏中了定義了“__ex_table”section。
          linux/include/asm-arm/assembler.h
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. #defineUSER(x...)
          2. 9999:x;
          3. .section__ex_table,"a";
          4. .align3;
          5. .long9999b,9001f;
          6. .previous
          該定義中有如下數(shù)據(jù)；
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. .long9999b,9001f;
          其中9999b對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)9999處的指令，9001f是9001處的指令，是9999b處指令的修復(fù)指令。這樣，當(dāng)標(biāo)號(hào)9999處發(fā)生缺頁(yè)異常時(shí)，系統(tǒng)將調(diào)用do_page_fault提交物理頁(yè)面，然后跳到9001繼續(xù)執(zhí)行。
          如果在驅(qū)動(dòng)程序中不使用copy_from_user而用memcpy來代替，對(duì)于上述的情形會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果呢？當(dāng)標(biāo)號(hào)9999出發(fā)生缺頁(yè)異常時(shí)，系統(tǒng)在“__ex_table”section總將找不到修復(fù)地址，因?yàn)閙emcpy沒有像copy_from_user那樣定義一個(gè)“__ex_table”section，此時(shí)do_page_fault將通過no_context函數(shù)產(chǎn)生Oops。極有可能會(huì)看到類似如下信息：
          Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000fe0
          所有為了確保設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安全，應(yīng)該使用copy_from_user函數(shù)而不是memcpy。
          下面我們深入分析__arch_copy_from_user函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)是用匯編實(shí)現(xiàn)的，定義在linux/arch/arm/lib/uaccess.S文件中。
          [plain]view plaincopy
          print?
          1. /*Prototype:unsignedlong__arch_copy_from_user(void*to,constvoid*from,unsignedlongn);
          2. *Purpose:copyablockfromusermemorytokernelmemory
          3. *Params:to-kernelmemory
          4. *:from-usermemory
          5. *:n-numberofbytestocopy
          6. *Returns:NumberofbytesNOTcopied.
          7. */
          8. .cfu_dest_not_aligned:
          9. rsbip,ip,#4
          10. cmpip,#2
          11. USER(ldrbtr3,[r1],#1)@Mayfault
          12. strbr3,[r0],#1
          13. USER(ldrgebtr3,[r1],#1)@Mayfault
          14. strgebr3,[r0],#1
          15. USER(ldrgtbtr3,[r1],#1)@Mayfault
          16. strgtbr3,[r0],#1
          17. subr2,r2,ip
          18. b.cfu_dest_aligned
          20. ENTRY(__arch_copy_from_user)
          21. stmfdsp!,{r0,r2,r4-r7,lr}
          22. cmpr2,#4
          23. blt.cfu_not_enough
          24. PLD(pld[r1,#0])
          25. PLD(pld[r0,#0])
          26. andsip,r0,#3
          27. bne.cfu_dest_not_aligned
          28. .cfu_dest_aligned:
          29. andsip,r1,#3
          30. bne.cfu_src_not_aligned
          31. /*
          32. *Seeingastherehastobeatleast8bytestocopy,wecan
          33. *copyoneword,andforceauser-modepagefault...
          34. */
          36. .cfu_0fupi:subsr2,r2,#4
          37. addmiip,r2,#4
          38. bmi.cfu_0nowords
          39. USER(ldrtr3,[r1],#4)
          40. strr3,[r0],#4
          41. movip,r1,lsl#32-PAGE_SHIFT@Oneachpage,useald/st??tinstruction
          42. rsbip,ip,#0
          43. movsip,ip,lsr#32-PAGE_SHIFT
          44. beq.cfu_0fupi
          45. /*
          46. *ip=maxno.ofbytestocopybeforeneedinganother"strt"insn
          47. */
          48. cmpr2,ip
          49. movltip,r2
          50. subr2,r2,ip
          51. subsip,ip,#32
          52. blt.cfu_0rem8lp
          53. PLD(pld[r1,#28])
          54. PLD(pld[r0,#28])
          55. PLD(subsip,ip,#64)
          56. PLD(blt.cfu_0cpynopld)
          57. PLD(pld[r1,#60])
          58. PLD(pld[r0,#60])
          60. .cfu_0cpy8lp:
          61. PLD(pld[r1,#92])
          62. PLD(pld[r0,#92])
          63. .cfu_0cpynopld:ldmiar1!,{r3-r6}@Shouldntfault
          64. stmiar0!,{r3-r6}
          65. ldmiar1!,{r3-r6}@Shouldntfault
          66. subsip,ip,#32
          67. stmiar0!,{r3-r6}
          68. bpl.cfu_0cpy8lp
          69. PLD(cmnip,#64)
          70. PLD(bge.cfu_0cpynopld)
          71. PLD(addip,ip,#64)
          73. .cfu_0rem8lp:cmnip,#16
          74. ldmgeiar1!,{r3-r6}@Shouldntfault
          75. stmgeiar0!,{r3-r6}
          76. tstip,#8
          77. ldmneiar1!,{r3-r4}@Shouldntfault
          78. stmneiar0!,{r3-r4}
          79. tstip,#4
          80. ldrnetr3,[r1],#4@Shouldntfault
          81. strner3,[r0],#4
          82. andsip,ip,#3
          83. beq.cfu_0fupi
          84. .cfu_0nowords:teqip,#0
          85. beq.cfu_finished
          86. .cfu_nowords:cmpip,#2
          87. USER(ldrbtr3,[r1],#1)@Mayfault
          88. strbr3,[r0],#1
          89. USER(ldrgebtr3,[r1],#1)@Mayfault
          90. strgebr3,[r0],#1
          91. USER(ldrgtbtr3,[r1],#1)@Mayfault
          92. strgtbr3,[r0],#1
          93. b.cfu_finished
          95. .cfu_not_enough:
          96. movsip,r2
          97. bne.cfu_nowords
          98. .cfu_finished:movr0,#0
          99. addsp,sp,#8
          100. LOADREGS(fd,sp!,{r4-r7,pc})
          102. .cfu_src_not_aligned:
          103. bicr1,r1,#3
          104. USER(ldrtr7,[r1],#4)@Mayfault
          105. cmpip,#2
          106. bgt.cfu_3fupi
          107. beq.cfu_2fupi
          108. .cfu_1fupi:subsr2,r2,#4
          109. addmiip,r2,#4
          110. bmi.cfu_1nowords
          111. movr3,r7,pull#8
          112. USER(ldrtr7,[r1],#4)@Mayfault
          113. orrr3,r3,r7,push#24
          114. strr3,[r0],#4
          115. movip,r1,lsl#32-PAGE_SHIFT
          116. rsbip,ip,#0
          117. movsip,ip,lsr#32-PAGE_SHIFT
          118. beq.cfu_1fupi
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          302. strbr3,[r0],#1
          303. USER(ldrgebtr3,[r1],#1)@Mayfault
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          307. b.cfu_finished
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          310. .align0
          311. /*
          312. *Wetookanexception.r0containsapointerto
          313. *thebytenotcopied.
          314. */
          315. 9001:ldrr2,[sp],#4@void*to
          316. subr2,r0,r2@bytescopied
          317. ldrr1,[sp],#4@unsignedlongcount
          318. subsr4,r1,r2@byteslefttocopy
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          321. movr0,r4
          322. LOADREGS(fd,sp!,{r4-r7,pc})
          323. .previous
          我們將在另一篇博文中詳細(xì)分析該函數(shù)。				             
				
            
                
			
							
          
                
			              
              
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
          
			
            
				
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          評(píng)論
          					
		
          
		
          
			
          
			
				
          
					
					
          
						
                        
					
          
				
          
                		
						
						
			
          
		
          
		
          
		
          
            
			
            
		
          
	
          
	
          
	
          
		
		

          


	
          
	
          
		
		
	
          


    
          
        
          技術(shù)專區(qū)
          
      
          
      
          
			
      
           
       

          

   











          
	
          
	    關(guān)閉
	
          
	
	

          







	
	





          



          


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