字符设备驱动程序的读写操作详解

前言

        在 Linux 内核开发中，用户空间和内核空间的数据传输是至关重要的。由于两者有不同的访问权限和地址空间，直接使用 memcpy 进行传输是不安全的。为解决这个问题，内核提供了专门的函数 copy_to_user 和 copy_from_user。本博客将详细介绍这些函数的使用场景、参数和返回值，并通过实际代码示例展示如何在设备驱动开发中实现安全的数据传输。此外，还会讨论 put_user 和 get_user 函数，帮助读者更好地理解和掌握 Linux 内核中用户空间和内核空间之间的数据传输方法。

用户空间和内核空间的数据传输

        在 Linux 内核开发中，用户空间和内核空间的数据传输是一个重要的概念。由于用户空间和内核空间具有不同的访问权限和地址空间，直接使用 memcpy 函数进行数据传输是不安全的。为了确保数据传输的安全性和合法性，内核提供了专门的函数：copy_to_user 和 copy_from_user。

用户空间数据传输函数 copy_to_user

copy_to_user 函数用于将数据从内核空间复制到用户空间，确保在复制过程中不会违反内存访问权限。

使用场景

• 设备驱动程序：通常在读操作中使用，将设备数据从内核空间复制到用户空间缓冲区。
• 系统调用实现：在实现系统调用时，用于将数据从内核传递给用户进程。

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

• 参数：
  • void __user *to：指向用户空间目标缓冲区的指针。
  • const void *from：指向内核空间源缓冲区的指针。
  • unsigned long n：要复制的字节数。
• 返回值：
  • 成功时返回未能成功复制的字节数，通常为0。
  • 失败时返回未能成功复制的字节数。如果整个复制操作失败，返回值等于参数 n。

用户空间数据传输函数 copy_from_user

copy_from_user 函数用于将数据从用户空间缓冲区复制到内核空间，确保在数据传输过程中不会违反内存访问权限。

使用场景

• 设备驱动程序：通常在写操作或 ioctl 操作中使用，将用户提供的数据从用户空间复制到内核空间缓冲区。
• 系统调用实现：在实现系统调用时，用于接收从用户进程传递到内核的数据。

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

• 参数：
  • void *to：指向内核空间目标缓冲区的指针。
  • const void __user *from：指向用户空间源缓冲区的指针。
  • unsigned long n：要复制的字节数。
• 返回值：
  • 成功时返回未能成功复制的字节数，通常为0。
  • 失败时返回未能成功复制的字节数。如果整个复制操作失败，返回值等于参数 n。

简单变量的数据传输

在 Linux 内核中，put_user 和 get_user 函数用于在内核空间和用户空间之间传输简单变量的数据。这些函数用于确保安全的数据传输，并防止内核因非法内存访问而崩溃。

函数 put_user

put_user 函数用于将一个简单变量从内核空间复制到用户空间。

int p