Linux内核开发常见的函数

做Linux驱动开发经常要使用到内核相关的函数，本篇只要介绍在做驱动开发的过程中用到的内核函数，为以后开发查询提供方便。

本篇覆盖函数如下

copy_from_user与copy_to_user函数

down_interruptible与down函数

writeX与readX宏函数

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1. copy_from_user与copy_to_user函数
copy_from_user：从用户空间拷贝数据到内核空间，失败返回没有被拷贝的字节数，成功返回0，其函数原型如下：

static inline unsigned long __must_check copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
{
	unsigned long res = n;
	kasan_check_write(to, n);

	if (access_ok(VERIFY_READ, from, n)) {
		check_object_size(to, n, false);
		res = __arch_copy_from_user(to, from, n);
	}
	if (unlikely(res))
		memset(to + (n - res), 0, res);
	return res;
}

• 检查用户空间地址是否正确
  这一步很有必要，试想一下，如果用户做系统调用时，故意传了一个内核地址下来，如果这里不做检查，这里将是一个很大的漏洞，可以轻而易举的对内核搞破坏。

copy_to_user：从内核空间拷贝数据到用户空间，失败返回没有被拷贝的字节数，成功返回0，其函数原型如下：

static inline unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
{
	kasan_check_read(from, n);   // 与copy_from_user一致，先检查内核空间地址的合法性

	if (access_ok(VERIFY_WRITE, to, n)) {
		check_object_size(from, n, true);
		n = __arch_copy_to_user(to, from, n);
	}
	return n;
}

2. down_interruptible与down函数
down_interruptible函数原型如下：

int down_interruptible(struct semaphore *sem)

该函数的功能就是获得信号量，如果得不到信号量就睡眠，此时没有信号打断，那么进入睡眠。但是在睡眠过程中可能被信号打断，打断之后返回-EINTR，主要用来进程间的互斥同步。

一个进程在调用down_interruptible()之后，如果sem<0，那么就进入到可中断的睡眠状态并调度其它进程运行， 但是一旦该进程收到信号，那么就会从down_interruptible函数中返回。并标记错误号为:-EINTR。一个形象的比喻：小强下午放学回家，回家了就要开始吃饭嘛，这时就会有两种情况：情况一：饭做好了，可以开始吃；情况二：当他到厨房去的时候发现妈妈还在做，妈妈就对他说：“你先去睡会，待会做好了你。”小强就答应去睡会，不过又说了一句：“睡的这段时间要是小红来找我玩，你可以叫醒我。”小强就是down_interruptible，想吃饭就是获取信号量，睡觉对应这里的休眠，而小红来找我玩就是中断休眠。

使用可被中断的信号量版本的意思是，万一出现了semaphore的死锁，还有机会用ctrl+c发出软中断，让等待这个内核驱动返回的用户态进程退出，而不是把整个系统都锁住了。

down函数原型如下：

void down(struct semaphore * sem)

down操作，跟down_interruptible类似，先去获取信号量，如果信号量被占用，先把该进程加入到等待队列。然后查询当前进程是否有信号（软中断）要去处理，如果有的话会返回–EINTR退出；如果没有的话，当前进程进入不可被信号（软中断）唤醒的睡眠，也就是睡眠过程中不响应信号（软中断），直到获取到信号量（flag）退出睡眠，即被 up操作 从等待队列上唤醒。

扩展其他类似函数：

//睡眠的进程能够由于受到致命信号而被唤醒，中断获取信号量的操作
int down_killable(struct semaphore *sem);

//试图获取信号量，若无法获得则直接返回1而不睡眠；返回0则 表示获取到了信号量
int down_trylock(struct semaphore *sem);

//表示睡眠时间是有限制的。假设在jiffies指明的时间到期时仍然无法获得信号量，则将返回错误码
int down_timeout(struct semaphore *sem,long jiffies)

//释放内核信号量锁
void up(struct semaphore *sem)

3. writeX与readX宏函数
writeb(), writew(), writel() 宏函数，其功能往内存映射的 I/O 空间上写数据：

• writeb() I/O 上写入 8 位数据 (1字节)
• writew() I/O 上写入 16 位数据 (2字节)
• wirtel() I/O 上写入 32 位数据 (4字节)
  函数原型如下：

#include  

void writeb (unsigned char data , unsigned short addr )
void writew (unsigned char data , unsigned short addr )
void writel (unsigned char data , unsigned short addr )

readb(), readw(), readl() 宏函数，其功能从内存映射的 I/O 空间读取数据：

• readb 从 I/O 读取 8 位数据 ( 1 字节 )
• readw 从 I/O 读取 16 位数据 ( 2 字节 )
• readl 从 I/O 读取 32 位数据 ( 4 字节 )

函数原型如下：

unsigned char readb (unsigned int addr )
unsigned char readw (unsigned int addr )
unsigned char readl (unsigned int addr )