linux内核中的get_user和put_user

内核版本：2.6.14

CPU平台：arm

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)：

[plain]view plaincopyprint?

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")\//进行判断(#define__asmeq(x,y)".ifnc"x","y";.err;.endif\n\t")
10. "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
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
18. registertypeof(*(p))__r2asm("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
19. registerint__easm("r0");\//定义__e，存放在寄存器r0，作为返回值
20. 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
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;\//默认处理
34. }\
35. x=__r2;\
36. __e;\
37. })

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)。

[plain]view plaincopyprint?

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

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：

[plain]view plaincopyprint?

1. .section__ex_table,"a"
2. .long1b,__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。
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

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