get_user,put_user与copy_from_user,copy_to_user

本文详细介绍了在操作系统环境中,内核与用户空间进行数据传递的四种主要方式:put_user、get_user、copy_from_user及copy_to_user。这些函数在不同场景下用于复制不同类型的数据,并确保数据的安全性和正确性。

首先,这四个函数都有相同的作用:传递内核与用户空间的数据

它们的区别是:

1、put_user与copy_to_user都是从内核空间到用户空间拷贝数据;get_user与copy_from_user都是从用户空间到内核空间拷贝数据。

2、put_user与get_user只能拷贝简单类型的数据,比如char型、int型等;copy_from_user与copy_to_user可以拷贝多个数据。

比如

put_user(x,ptr),是把内核空间中x的值拷贝到用户空间中指针ptr指向的地址中。

copy_from_user(*to,*from,n)是把用户空间中from开始的n个数据拷贝到内核空间中to开始的地址上。


`copy_to_user` 和 `copy_from_user` 是 Linux 内核中用于在用户空间(user space)和内核空间(kernel space)之间复制数据的函数。它们主要用于设备驱动开发或系统调用中,当内核需要访问用户空间的数据时使用。 --- ### `copy_to_user` 和 `copy_from_user` 的原理 这两个函数定义在 `<linux/uaccess.h>` 头文件中。 #### 函数原型: ```c unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n); unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n); ``` - `copy_to_user(to, from, n)`:将内核空间的 `n` 字节数据从 `from` 拷贝到用户空间的地址 `to`。 - `copy_from_user(to, from, n)`:将用户空间的 `n` 字节数据从 `from` 拷贝到内核空间的地址 `to`。 #### 原理说明: - 用户空间和内核空间是隔离的,不能直接访问彼此的内存地址。 - 使用 `copy_to_user` 和 `copy_from_user` 可以安全地跨越地址空间边界进行数据拷贝。 - 这些函数会检查用户空间指针是否有效,避免内核访问非法地址导致崩溃。 - 在某些架构中(如 x86),这些函数底层使用了 `__put_user` 和 `__get_user` 宏来逐字节或逐字拷贝。 - 它们返回未成功拷贝的字节数。如果返回值为 0,表示全部拷贝成功。 --- ### 示例代码(内核模块中使用) 以下是一个简单的字符设备驱动中使用 `copy_from_user` 和 `copy_to_user` 的例子: ```c #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/device.h> #define DEVICE_NAME "mydev" #define BUF_LEN 100 static dev_t dev_num; static struct cdev my_cdev; static struct class *my_class; static char kernel_buffer[BUF_LEN]; static int my_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk(KERN_INFO "Device opened\n"); return 0; } static ssize_t my_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { // 将内核空间的数据复制到用户空间 if (copy_to_user(buf, kernel_buffer, count)) { return -EFAULT; } return count; } static ssize_t my_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { // 将用户空间的数据复制到内核空间 if (copy_from_user(kernel_buffer, buf, count)) { return -EFAULT; } kernel_buffer[count] = '\0'; // 添加字符串结束符 printk(KERN_INFO "Received from user: %s\n", kernel_buffer); return count; } static int my_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(KERN_INFO "Device closed\n"); return 0; } static struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_open, .read = my_read, .write = my_write, .release = my_release, }; static int __init my_init(void) { alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, DEVICE_NAME); cdev_init(&my_cdev, &fops); cdev_add(&my_cdev, dev_num, 1); my_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME); device_create(my_class, NULL, dev_num, NULL, DEVICE_NAME); printk(KERN_INFO "Device registered\n"); return 0; } static void __exit my_exit(void) { cdev_del(&my_cdev); unregister_chrdev_region(dev_num, 1); device_destroy(my_class, dev_num); class_destroy(my_class); printk(KERN_INFO "Device unregistered\n"); } module_init(my_init); module_exit(my_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); ``` --- ### 优点: 1. **安全性高**:防止内核访问非法用户地址。 2. **可移植性强**:适配不同架构(如 ARM、x86、MIPS)。 3. **使用简单**:提供统一接口,简化了用户内核交互的开发。 ### 缺点: 1. **性能较低**:相比直接内存访问(DMA),数据需要在用户和内核间复制,效率较低。 2. **拷贝限制**:一次拷贝的数据量不宜过大,否则会影响性能。 3. **错误处理繁琐**:需要手动检查返回值,处理错误情况。 --- ### 相关问题:
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