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FreeBSD 5内核源代码分析之copyin()实现原理
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在内核中，用户态和内核态之间的数据拷贝主要通过copyin()和copyout()
两个函数完成。与普通的数据拷贝不同，用户态和内核态之间的数据拷贝必须
考虑到用户给出的地址是否有效，即该地址是否有真正的地址映射。同时又要
考虑到效率。因此也不可能对用户给出地址的每个字节检查一遍。
FreeBSD和linux一样(linux中是copy_from_user()和copy_to_user())，
都是先拷贝，出错以后再进行错误处理，有着异曲同工之妙。
本文所有代码，如未注明，均来自sys/i386/i386/support.s
copyin()由汇编语言写成，我们逐句来看。
| 代码: |
/*
* copyin(from_user, to_kernel, len) - MP SAFE
*/
ENTRY(copyin)
MEXITCOUNT
jmp *copyin_vector
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copyin()有三个参数，from_user为用户态数据地址，to_kernel为内核缓冲区地址，
len为数据长度。它们分别位于堆栈的位置是：
| 代码: |
from_user: 12(%esp)
to_kernel: 16(%esp)
len: 20(%esp)
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这里copyin_vector定义为
| 代码: |
.globl copyin_vector
copyin_vector:
.long generic_copyin
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定义一个数据copyin_vector，其值是generic_copyin
这里*copyin_vector的值就是generic_copyin，因此将跳转到generic_copyin。
| 代码: |
ENTRY(generic_copyin)
movl PCPU(CURPCB),%eax
movl $copyin_fault,PCB_ONFAULT(%eax)
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先将curpcb地址存入%eax，然后将curpcb->pcb_onfault置为copyin_fault，
这里copyin_fault也是一个程序标号，拷贝出错时将跳转到这里。下面我们将看到。
| 代码: |
pushl %esi
pushl %edi
movl 12(%esp),%esi /* caddr_t from */
movl 16(%esp),%edi /* caddr_t to */
movl 20(%esp),%ecx /* size_t len */
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分别将from_user, to_kernel, len存入寄存器%esi, %edi, %ecx
| 代码: |
/*
* make sure address is valid
*/
movl %esi,%edx
addl %ecx,%edx
jc copyin_fault
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这几句看from_user+len是否有整数溢出。
| 代码: |
cmpl $VM_MAXUSER_ADDRESS,%edx
ja copyin_fault
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相加之和是否在用户有效地址空间内。
| 代码: |
#if defined(I586_CPU) && defined(DEV_NPX)
ALIGN_TEXT
slow_copyin:
#endif
movb %cl,%al
shrl $2,%ecx /* copy longword-wise */
cld
rep
movsl
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先以4字节为单位拷贝。
| 代码: |
movb %al,%cl
andb $3,%cl /* copy remaining bytes */
rep
movsb
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再拷贝剩余的字节（最多3字节），如果有的话。
| 代码: |
#if defined(I586_CPU) && defined(DEV_NPX)
ALIGN_TEXT
done_copyin:
#endif
popl %edi
popl %esi
xorl %eax,%eax
movl PCPU(CURPCB),%edx
movl %eax,PCB_ONFAULT(%edx)
ret
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拷贝完成，恢复寄存器，并清除curpcb->pcb_onfault，返回。
由于%eax用做函数返回值，这就是说，如果成功拷贝就返回0
事情总是有意外发生，如果用户给出的地址段
[from_user, from_user+len]
有问题的话，copyin()将发生异常，进入异常处理函数，
| 代码: |
(sys/i386/i386/trap.c)
---------------------------
/*
* Exception, fault, and trap interface to the FreeBSD kernel.
* This common code is called from assembly language IDT gate entry
* routines that prepare a suitable stack frame, and restore this
* frame after the exception has been processed.
*/
void
trap(frame)
struct trapframe frame;
{
struct thread *td = curthread;
struct proc *p = td->td_proc;
......
type = frame.tf_trapno;
......
if(it is user trap){
......
}else{ /* kernel trap */
......
switch (type) {
......
case T_PROTFLT: /* general protection fault */
case T_STKFLT: /* stack fault */
......
/* FALL THROUGH */
case T_SEGNPFLT: /* segment not present fault */
......
if (PCPU_GET(curpcb) != NULL &&
PCPU_GET(curpcb)->pcb_onfault != NULL) {
frame.tf_eip =
(int)PCPU_GET(curpcb)->pcb_onfault;
goto out;
}
break;
......
} /* end switch */
......
} /* end else */
......
out:
return;
}
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