Linux内核错误码与错误指针


内核错误码

在调用内核api发生异常时通常会返回一个负数值,不同的出错情况,负数值也不同,这些数值就是内核中预定义的错误码(errno),了解这些错误码的含义可以让我们推测出错的原因,从而提高开发效率。

errno-base.h中定义了内核中常见的错误码:

/* 
 * kernel version: linux-4.9.13
 * File path: include/uapi/asm-generic/errno-base.h
 */

#ifndef _ASM_GENERIC_ERRNO_BASE_H
#define _ASM_GENERIC_ERRNO_BASE_H

#define EPERM        1  /* Operation not permitted */
#define ENOENT       2  /* No such file or directory */
#define ESRCH        3  /* No such process */
#define EINTR        4  /* Interrupted system call */
#define EIO          5  /* I/O error */
#define ENXIO        6  /* No such device or address */
#define E2BIG        7  /* Argument list too long */
#define ENOEXEC      8  /* Exec format error */
#define EBADF        9  /* Bad file number */
#define ECHILD      10  /* No child processes */
#define EAGAIN      11  /* Try again */
#define ENOMEM      12  /* Out of memory */
#define EACCES      13  /* Permission denied */
#define EFAULT      14  /* Bad address */
#define ENOTBLK     15  /* Block device required */
#define EBUSY       16  /* Device or resource busy */
#define EEXIST      17  /* File exists */
#define EXDEV       18  /* Cross-device link */
#define ENODEV      19  /* No such device */
#define ENOTDIR     20  /* Not a directory */
#define EISDIR      21  /* Is a directory */
#define EINVAL      22  /* Invalid argument */
#define ENFILE      23  /* File table overflow */
#define EMFILE      24  /* Too many open files */
#define ENOTTY      25  /* Not a typewriter */
#define ETXTBSY     26  /* Text file busy */
#define EFBIG       27  /* File too large */
#define ENOSPC      28  /* No space left on device */
#define ESPIPE      29  /* Illegal seek */
#define EROFS       30  /* Read-only file system */
#define EMLINK      31  /* Too many links */
#define EPIPE       32  /* Broken pipe */
#define EDOM        33  /* Math argument out of domain of func */
#define ERANGE      34  /* Math result not representable */

#endif

内核错误指针

通常如果一个函数返回值是指针类型,在调用出错的情况下会返回NULL指针,但Linux内核对指针返回值作了更精妙的处理,使其与错误码相关联,从而让出错情况能通过返回的指针体现出来。在内核中,有以下三种指针:

  • 有效指针
  • 空指针(NULL)
  • 错误指针

其中错误指针被定义为指向内核空间保留区域(addr:0xffff000~0xffffffff, size: 4K)的指针

Linux内核错误码与错误指针_第1张图片

在有限的内核空间内,最后一页4K大小的地址被保留,并和内核定义的系列错误码相关联,指示了对应的出错情况,如果一个指针指向该页地址范围即被定义为错误指针。内核提供了错误指针相关的api:

/* 
 * kernel version: linux-4.9.13
 * File path: include/linux/err.h
 */

......

#define MAX_ERRNO   4095

#define IS_ERR_VALUE(x) unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)

/* 将错误码转为错误指针 */
static inline void * __must_check ERR_PTR(long error)
{
    return (void *) error;
}

/* 将错误指针转为错误码 */
static inline long __must_check PTR_ERR(__force const void *ptr)
{
    return (long) ptr;
}

/* 判断指针是否为错误指针 */
static inline bool __must_check IS_ERR(__force const void *ptr)
{
    return IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}

static inline bool __must_check IS_ERR_OR_NULL(__force const void *ptr)
{
    return unlikely(!ptr) || IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}

......

  
内联函数IS_ERR(),用来判断指针是否错误,将其一一展开:

IS_ERR(ptr)
    |
    IS_ERR_VALUE(ptr)
        |
        unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)
            |
            unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-4095)

表达式(unsigned long)-4095的值就是0xfffff000,如果一个指针指向内核空间保留
区域(0xfffff000~0xffffffff),IS_ERR()将返回flase,该指针即错误指针。

内联函数PTR_ERR()与ERR_PTR(),提供错误指针与错误码相互转换的功能,涉及到类型强制转换,错误指针指向地址范围为0xfffff000~0xffffffff,因此转成错误码范围为-4096~-1。

在内核开发中,如果调用返回值为指针的函数,出错判断条件不能简单地写为“if (ptr == NULL)”,正确的做法是先使用IS_ERR()或者IS_ERR_OR_NULL()判断指针返回值,然后再用PTR_ERR()将错误指针转为错误码,最后执行相应的出错处理。例如字符设备驱动开发中常见的device_create()函数,应该使用如下出错判断及处理:

    dev = device_create(class, NULL, devno, NULL, DEVICE_NAME);
    if (IS_ERR(dev)) {
        errno = PTR_ERR(dev);
        return errno;
    }

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