copy_to_user，copy_from_user，get_user和put_user函数详解

字符设备驱动驱动的读,写。如：
ssize_t xxx_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);
ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);
等函数中，filp是文件结构体指针，buf是用户空间内存的地址，该地址在内核空间不能直接读写，count是
要读写的字节数，f_pos是读的位置相对于文件开头的偏移。

copy_from_user()和copy_to_user()函数的作用：由于内核空间与用户空间的内存不能直接互访，因此借助
函数copy_to_user()完成内核空间到用户空间的复制，函数copy_from_user()完成用户空间到内核空间的复制。

 源码：linux/arch/i386/lib/usercopy.c

 copy_to_user: - Copy a block of data into user space.
 @to:   Destination address, in user space.
 @from: Source address, in kernel space.
 @n:    Number of bytes to copy.
 849unsigned long    copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

 850{

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

 852                n = __copy_to_user(to, from, n);
 853        return n;
 854}






 copy_from_user: - Copy a block of data from user space.
 @to:   Destination address, in kernel space.
 @from: Source address, in user space.
 @n:    Number of bytes to copy.

 874unsigned long   copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
 875{
 876        if (access_ok(VERIFY_READ, from, n))
 877                n = __copy_from_user(to, from, n);
 878        else
 879                memset(to, 0, n);
 880        return n;
 881}

 
其中access_ok(VERIFY_READ, from, n)检查当前需要访问的地址空间，有没有被其他空间访问，
如果当前进程被允许访问地址addr处的内存，函数返回真（1），否则为假（0）。

#define (,,) (((,) == 0))
#else
static  int (int , const void *, unsigned long )
{
        extern unsigned long , ;
        unsigned long  = (unsigned long);

        return (( >= ) && (( + ) < ));
}

 
  其中__copy_to_user(to, from, n);__copy_from_user(to, from, n);才函数实现部分。
 

源码：linux/include/asm-frv/uaccess.h
 282static inline unsigned long __must_check
 283__copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
 284{
 285       might_sleep();
 286       return __copy_to_user_inatomic(to, from, n);
 287}
 276#define __copy_to_user_inatomic(to, from, n)    (memcpy(____force(to), (from), (n)), 0)


 289static inline unsigned long
 290__copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
 291{
 292       might_sleep();
 293       return __copy_from_user_inatomic(to, from, n);
 294}
 275#define __copy_from_user_inatomic(to, from, n)  (memcpy((to), ____force(from), (n)), 0)

 
 
 函数源码定义在：linux/arch/alpha/lib/memcpy.c
 原型：extern void *memcpy(void *dest, void *src, unsigned int count);
  功能：由src所指内存区域复制count个字节到dest所指内存区域。
  说明：src和dest所指内存区域不能重叠，函数返回指向dest的指针
 
  注：上述系列函数均返回不能复制的字节数，因此，完全复制成功，返回值0。
  且__copy_to_user()和__copy_from_user()如果直接调用的时候，不会调用
  access_ok(VERIFY_READ, from, n)检查函数，也就是不会检查当前需要访问的空间，
  有没有被其他空间访问。


而get_user(),put_user()的作用：
复制的内存是简单类型，如char,int ,long等，则可以使用简单的put_user()和get_user()
get_user --  Get a simple variable from user space.
put_user --  Write a simple value into user space.

源码定义：linux/include/asm-i386/uaccess.h
 197#define put_user(x,ptr)                                        
 198({      int __ret_pu;                                          
 199        __typeof__(*(ptr)) __pu_val;                           
 200        __chk_user_ptr(ptr);                                   
 201        __pu_val = x;                                          
 202        switch(sizeof(*(ptr))) {                               
 203        case 1: __put_user_1(__pu_val, ptr); break;            
 204        case 2: __put_user_2(__pu_val, ptr); break;            
 205        case 4: __put_user_4(__pu_val, ptr); break;            
 206        case 8: __put_user_8(__pu_val, ptr); break;            
 207        default:__put_user_X(__pu_val, ptr); break;            
 208        }                                                      
 209        __ret_pu;                                              
 210})

 在put_user(x,ptr)定义如下：
 x：用户内存空间的整型变量
 ptr:用户空间的地址
 
 下面只对put_user()函数分析：

 27# define __chk_user_ptr(x) (void)0   取得ptr指向的0地址，然后
 __pu_val = x;可以得到x的偏移地址，这样就可以指向x。

318#define container_of(ptr, type, member) ({                     
 319        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);   
 320        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

 和这个宏定义很类似。
 
 该代码switch()执行的代码：

  173#define __put_user_1(x, ptr) __asm__ __volatile__("call __put_user_1":"=a" (__ret_pu):"0" ((typeof(*(ptr)))(x)), "c" (ptr))
 174#define __put_user_2(x, ptr) __asm__ __volatile__("call __put_user_2":"=a" (__ret_pu):"0" ((typeof(*(ptr)))(x)), "c" (ptr))
 175#define __put_user_4(x, ptr) __asm__ __volatile__("call __put_user_4":"=a" (__ret_pu):"0" ((typeof(*(ptr)))(x)), "c" (ptr))
 176#define __put_user_8(x, ptr) __asm__ __volatile__("call __put_user_8":"=a" (__ret_pu):"A" ((typeof(*(ptr)))(x)), "c" (ptr))
 177#define __put_user_X(x, ptr) __asm__ __volatile__("call __put_user_X":"=a" (__ret_pu):"c" (ptr))

 
 
 get_user()原理相同，请自己分析。
 
 
 而__get_user(),__put_user()函数与上面一样，只是不会调用
  access_ok(VERIFY_READ, from, n)检查函数，也就是不会检查当前需要访问的空间，
  有没有被其他空间访问。