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linux内核中的get_user和put_user

作者： 时间：2016-11-22 来源：网络
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内核版本：2.6.14

CPU平台：arm

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201611/319994.htm

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 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")//进行判断(#define__asmeq(x,y)".ifnc"x","y";.err;.endifnt")
  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 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

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 plaincopy
print?
  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，如果执行成功则返回0，否则返回-EFAULT。下面给出它们的定义(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等函数的的定义如下(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。

关键词： linux内核get_userput_use

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