在內核的學習中會遇到很多挺有意思的函數，而且能沿著一個函數扯出來很多個相關的函數。copy_to_user和copy_from_user就是在進行驅動相關程序設計的時候，要經常遇到的兩個函數。由于內核空間與用戶空間的內存不能直接互訪，因此借助函數copy_to_user()完成用戶空間到內核空間的復制，函數copy_from_user()完成內核空間到用戶空間的復制。下面我們來仔細的理一下這兩個函數的來龍去脈。

首先，我們來看一下這兩個函數的在源碼文件中是如何定義的：

~/arch/i386/lib/usercopy.c

unsigned long

copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

?????? might_sleep();

?????? BUG_ON((long) n < 0);

?????? if (access_ok(VERIFY_WRITE, to, n))

????????????? n = __copy_to_user(to, from, n);

?????? return n;

}

EXPORT_SYMBOL(copy_to_user);

從注釋中就可以看出，這個函數的主要作用就是從內核空間拷貝一塊兒數據到用戶空間，由于這個函數有可能睡眠，所以只能用于用戶空間。它有如下三個參數，

?????? To 目標地址，這個地址是用戶空間的地址；

?????? From 源地址，這個地址是內核空間的地址；

?????? N 將要拷貝的數據的字節數。

如果數據拷貝成功，則返回零；否則，返回沒有拷貝成功的數據字節數。

以上是對函數的一些說明，接下來讓我們看看這個函數的內部面目：

參數to的時候有個__user限定，這個在~/include/linux/compiler.h中有如下定義：

# define __user ??? __attribute__((noderef, address_space(1)))

表示這是一個用戶空間的地址，即其指向的為用戶空間的內存

大家可能對這個__attribute__感到比較迷惑，不過沒關系，google一下嘛

__attribute__是gnu c編譯器的一個功能，它用來讓開發者使用此功能給所聲明的函數或者變量附加一個屬性，以方便編譯器進行錯誤檢查，其實就是一個內核檢查器。

具體可以參考如下：

http://unixwiz.net/techtips/gnu-c-attributes.html

接下來我們看一下

might_sleep();它有兩個實現版本，debug版本和非debug版本：

在debug版本中，在有可能引起sleep的函數中會給出相應的提示，如果是在原子的上下文中執行，則會打印出棧跟蹤的信息，這是通過__might_sleep(__FILE__, __LINE__);函數來實現的，并且接著調用might_resched()函數進行重新調度。

在非debug版本中直接調用might_resched()函數進行重新調度。

其實現方式為，在~/ include/linux/kernel.h中：

#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK_SLEEP

void __might_sleep(char *file, int line);

# define might_sleep() \

do { __might_sleep(__FILE__, __LINE__); might_resched(); } while (0)

#else

# define might_sleep() do { might_resched(); } while (0)

#endif

接下來是一個檢查參數合法性的宏：

BUG_ON((long) n < 0);

其實現為如下(在~/include/asm-generic/bug.h):

它通過檢查條件，根據結果來決定是否打印相應的提示信息；

#ifdef CONFIG_BUG

#ifndef HAVE_ARCH_BUG

#define BUG() do { \

??? printk("BUG: failure at %s:%d/%s()!\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__); \

??? panic("BUG!"); \

} while (0)

#endif

#ifndef HAVE_ARCH_BUG_ON

#define BUG_ON(condition) do { if (unlikely((condition)!=0)) BUG(); } while(0)

#endif

??? 接下來是一個宏

??????? access_ok(VERIFY_WRITE, to, n)

它是用來檢查參數中一個指向用戶空間數據塊的指針是否有效，如果有效返回非零，否則返回零。其實現如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define access_ok(type,addr,size) (likely(__range_ok(addr,size) == 0))

其中__range_ok(addr,size)的實現是通過內嵌匯編來實現的，內容如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define __range_ok(addr,size) ({ \

??? unsigned long flag,sum; \

??? __chk_user_ptr(addr); \

??? asm("addl %3,%1 ; sbbl %0,%0; cmpl %1,%4; sbbl $0,%0" \

??????? :"=&r" (flag), "=r" (sum) \

??????? :"1" (addr),"g" ((int)(size)),"g" (current_thread_info()->addr_limit.seg)); \

flag; })

其實現的功能為：

(u33)addr + (u33)size >= (u33)current->addr_limit.seg

??? 判斷上式是否成立，若不成立則表示地址有效，返回零；否則返回非零

接下來的這個函數才是最重要的函數，它實現了拷貝的工作：

??? __copy_to_user(to, from, n)

其實現方式如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

static __always_inline unsigned long __must_check

__copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

?????? might_sleep();

?????? return __copy_to_user_inatomic(to, from, n);

}

有一個__always_inline宏，其內容就是inline，一個__must_check，其內容是在gcc3和gcc4版本里為__attribute__((warn_unused_result))

其中might_sleep同上面__user時候的注釋。

最終調用的是__copy_to_user_inatomic(to, from, n)來完成拷貝工作的，此函數的實現如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

static __always_inline unsigned long __must_check

__copy_to_user_inatomic(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

{

??? if (__builtin_constant_p(n)) {

??????? unsigned long ret;

??????? switch (n) {

??????? case 1:

??????????? __put_user_size(*(u8 *)from, (u8 __user *)to, 1, ret, 1);

??????????? return ret;

??????? case 2:

??????????? __put_user_size(*(u16 *)from, (u16 __user *)to, 2, ret, 2);

??????????? return ret;

??????? case 4:

??????????? __put_user_size(*(u32 *)from, (u32 __user *)to, 4, ret, 4);

??????????? return ret;

??????? }

??? }

??? return __copy_to_user_ll(to, from, n);

}

其中__builtin_constant_p(n)為gcc的內建函數，__builtin_constant_p用于判斷一個值是否為編譯時常熟，如果參數n的值為常數，函數返回1，否則返回0。很多計算或操作在參數為常數時有更優化的實現，在 GNU C 中用上面的方法可以根據參數是否為常數，只編譯常數版本或非常數版本，這樣既不失通用性，又能在參數是常數時編譯出最優化的代碼。

如果n為常數1、2或者4，就會選擇某個swith來執行拷貝動作，拷貝是通過如下函數來實現的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#ifdef CONFIG_X86_WP_WORKS_OK

#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret)?????????? \

do {??????????????????????????????????? \

??? retval = 0;???????????????????????? \

??? __chk_user_ptr(ptr);??????????????????????? \

??? switch (size) {???????????????????????? \

??? case 1: __put_user_asm(x,ptr,retval,"b","b","iq",errret);break; \

??? case 2: __put_user_asm(x,ptr,retval,"w","w","ir",errret);break; \

??? case 4: __put_user_asm(x,ptr,retval,"l","","ir",errret); break; \

??? case 8: __put_user_u64((__typeof__(*ptr))(x),ptr,retval); break;\

??? default: __put_user_bad();??????????????? \

??? }?????????????????????????????? \

} while (0)

#else

#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret)?????????? \

do {??????????????????????????????????? \

??? __typeof__(*(ptr)) __pus_tmp = x;?????????????? \

??? retval = 0;???????????????????????? \

??????????????????????????????????? \

??? if(unlikely(__copy_to_user_ll(ptr, &__pus_tmp, size) != 0)) \

??????? retval = errret;??????????????????? \

} while (0)

#endif

其中__put_user_asm為一個宏，拷貝工作是通過如下的內聯匯編來實現的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：

#define __put_user_asm(x, addr, err, itype, rtype, ltype, errret)?? \

??? __asm__ __volatile__(?????????????????????? \

??????? "1: mov"itype" %"rtype"1,%2\n"????????? \

??????? "2:\n"????????????????????????? \

??????? ".section .fixup,\"ax\"\n"????????????? \

??????? "3: movl %3,%0\n"?????????????????? \

??????? "?? jmp 2b\n"?????????????????? \

??????? ".previous\n"?????????????????????? \

??????? ".section __ex_table,\"a\"\n"?????????????? \

??????? "?? .align 4\n"???????????????? \

??????? "?? .long 1b,3b\n"????????????????? \

??????? ".previous"???????????????????? \

??????? : "=r"(err)???????????????????? \

??? : ltype (x), "m"(__m(addr)), "i"(errret), "0"(err))

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的copy_to_user和copy_from_user的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。