为什么linux内核函数出现错误，返回值是一个负数

该疑问出现与我看《linux内核设计与实现》这本书的12.3.2这节中下面一段代码：

page = __get_free_pages(GFP_KERNEL,3);
if (!page){
        /*没有足够的内存：你必须处理这种错误！*/
        return -ENOMEM;
    }

1.如何理解函数返回指针

内核中的函数通常以返回指针的形式来传递调用函数后执行的结果，返回值指针有三种结果：
（1）调用成功则返回一个有效指针
（2）调用失败返回NULL，例如malloc、kmalloc、vmalloc
（3）调用失败返回错误信息指针（无效指针）
我们就是通过这个错误指针来传递有关错误的信息。

2.怎么通过错误信息指针来返回错误信息呢？

在linux中虚拟内存空间的分配，0~3G是给用户空间的，而3G~4G是给linux内核的，而0xFFFFF000就位于linux内核的虚拟内存空间范围内，内核返回的指针（ptr）通常指向页的边界（4KB），也ptr指向的空间不会在（0xFFFFF000~0xFFFFFFFF）区间（因为小于一页），即：ptr & 0XFFF == 0；而一般内核出错代码返回值是一个负数，在 -1000~0之间，转变成unsigned long型，刚好在（0xFFFFF000~0xFFFFFFFF）区间。所以就可以用(unsigned long)ptr > (unsigned long)-1000L来判断内核函数的返回值是一个有效的指针，还是一个出错代码。

3.出错代码返回指针为什么在（-1000，0）区间？

（1）在include\asm-generic\errno-base.h文件下宏定义错误返回值

#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

（2）在include\asm-generic\errno.h文件下宏定义错误返回值

#define EDEADLK     35  /* Resource deadlock would occur */
#define ENAMETOOLONG    36  /* File name too long */
#define ENOLCK      37  /* No record locks available */
#define ENOSYS      38  /* Function not implemented */
#define ENOTEMPTY   39  /* Directory not empty */
#define ELOOP       40  /* Too many symbolic links encountered */
#define EWOULDBLOCK EAGAIN  /* Operation would block */
#define ENOMSG      42  /* No message of desired type */
#define EIDRM       43  /* Identifier removed */
#define ECHRNG      44  /* Channel number out of range */
#define EL2NSYNC    45  /* Level 2 not synchronized */
#define EL3HLT      46  /* Level 3 halted */
#define EL3RST      47  /* Level 3 reset */
......

有上述的宏定义可知，其返回都是在（0~1000）之间，如果加上个负号，就像 return -ENOMEM;那么其返回值就在（~1000，0）之间，这就是为什么return返回值要加负号的原因，也是为什么内核函数返回的都是一个负数的原因。

4.错误的判断和错误原因的打印

（1）错误的判断：

错误的判断是通过函数IS_ERR(const void *ptr)来判定的
该函数的在include\linux\err.h中

static inline long __must_check IS_ERR(const void *ptr)
{
    return IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}

该函数只需传递一个参数：错误指针ptr，然后调用IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr)
该函数也是在该文件中被宏定义：

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

MAX_ERRNO被宏定义为4095，转换为(unsigned long)-MAX_ERRNO后为0xFFFFF000,该段代码的含义就是如果x在（0xFFFFF000~0xFFFFFFFF）区间，函数就返回一个真值，判断为假。

（2）错误信息的返回：

错误信息的打印是通过函数PTR_ERR(const void *ptr)返回的，该函数的实现代码和上述函数在同一个文件下

static inline long __must_check PTR_ERR(const void *ptr)
{
    return (long) ptr;
}

该函数返回值ptr指针中存放的就是错误信息。