linux内核中的get_user和put_user
内核版本：2.6.14
CPU平台：arm
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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)：
extern int __get_user_1(void *);extern int __get_user_2(void *);extern int __get_user_4(void *);extern int __get_user_8(void *);extern int __get_user_bad(void);#define __get_user_x(__r2,__p,__e,__s,__i...)\ __asm__ __volatile__ (\__asmeq("%0", "r0") __asmeq("%1", "r2")\ //进行判断(#define __asmeq(x, y) ".ifnc " x "," y " ; .err ; .endif\n\t")"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: "=&r" (__e), "=r" (__r2)\: "0" (__p)\: __i, "cc")#define get_user(x,p)\({\const register typeof(*(p)) __user *__p asm("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register typeof(*(p)) __r2 asm("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register int __e asm("r0");\ //定义__e，存放在寄存器r0，作为返回值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case 1:\__get_user_x(__r2, __p, __e, 1, "lr");\ break;\case 2:\__get_user_x(__r2, __p, __e, 2, "r3", "lr");\break;\case 4:\ __get_user_x(__r2, __p, __e, 4, "lr");\break;\case 8:\__get_user_x(__r2, __p, __e, 8, "lr");\ break;\default: __e = __get_user_bad(); break;\ //默认处理}\x = __r2;\__e;\})
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)。
.global__get_user_1__get_user_1:1:ldrbtr2, [r0]movr0, #0movpc, lr.global__get_user_2__get_user_2:2:ldrbtr2, [r0], #13:ldrbtr3, [r0]#ifndef __ARMEB__orrr2, r2, r3, lsl #8#elseorrr2, r3, r2, lsl #8#endifmovr0, #0movpc, lr.global__get_user_4__get_user_4:4:ldrtr2, [r0]movr0, #0movpc, lr.global__get_user_8__get_user_8:5:ldrtr2, [r0], #46:ldrtr3, [r0]movr0, #0movpc, lr__get_user_bad_8:movr3, #0__get_user_bad:movr2, #0movr0, #-EFAULTmovpc, lr.div __ex_table, "a".long1b, __get_user_bad.long2b, __get_user_bad.long3b, __get_user_bad.long4b, __get_user_bad.long5b, __get_user_bad_8.long6b, __get_user_bad_8.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.div __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”div 。
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”div 中定义了如下数据：
.div __ex_table, "a".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。.long2b, __get_user_bad.long3b, __get_user_bad.long4b, __get_user_bad.long5b, __get_user_bad_8.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)。
extern int __put_user_1(void *, unsigned int);extern int __put_user_2(void *, unsigned int);extern int __put_user_4(void *, unsigned int);extern int __put_user_8(void *, unsigned long long);extern int __put_user_bad(void);#define __put_user_x(__r2,__p,__e,__s)\ __asm__ __volatile__ (\__asmeq("%0", "r0") __asmeq("%2", "r2")\&;bl__put_user_" #__s\: "=&r" (__e)\: "0" (__p), "r" (__r2)\: "ip", "lr", "cc")#define put_user(x,p)\({\const register typeof(*(p)) __r2 asm("r2") = (x);\const register typeof(*(p)) __user *__p asm("r0") = (p);\register int __e asm("r0");\switch (sizeof(*(__p))) {\case 1:\__put_user_x(__r2, __p, __e, 1);\break;\case 2:\__put_user_x(__r2, __p, __e, 2);\break;\case 4:\__put_user_x(__r2, __p, __e, 4);\break;\case 8:\__put_user_x(__r2, __p, __e, 8);\break;\default: __e = __put_user_bad(); break;\}\__e;\})
__put_user_1等函数的的定义如下(linux/arch/arm/lib/putuser.S)。
.global__put_user_1__put_user_1:1:strbtr2, [r0]movr0, #0movpc, lr.global__put_user_2__put_user_2:movip, r2, lsr #8#ifndef __ARMEB__2:strbtr2, [r0], #13:strbtip, [r0]#else2:strbtip, [r0], #13:strbtr2, [r0]#endifmovr0, #0movpc, lr.global__put_user_4__put_user_4:4:strtr2, [r0]movr0, #0movpc, lr.global__put_user_8__put_user_8:5:strtr2, [r0], #46:strtr3, [r0]movr0, #0movpc, lr__put_user_bad:movr0, #-EFAULTmovpc, lr.div __ex_table, "a".long1b, __put_user_bad.long2b, __put_user_bad.long3b, __put_user_bad.long4b, __put_user_bad.long5b, __put_user_bad.long6b, __put_user_bad.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。千万个不眠的夜里，你一直让我感动，只是因为相信有个人会爱我一生一世。
