在內核的學習中會遇到很多挺有意思的函數，而且能沿着一個函數扯出來很多個相關的函數。copy_to_user和copy_from_user就是在進行驅動相關程序設計的時候，要經常遇到的兩個函數。由於內核空間與用戶空間的內存不能直接互訪，因此借助函數copy_to_user()完成用戶空間到內核空間的復制，函數copy_from_user()完成內核空間到用戶空間的復制。下面我們來仔細的理一下這兩個函數的來龍去脈。
首先，我們來看一下這兩個函數的在源碼文件中是如何定義的：
~/arch/i386/lib/usercopy.c
unsigned long
copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
{
might_sleep();
BUG_ON((long) n < 0);
if (access_ok(VERIFY_WRITE, to, n))
n = __copy_to_user(to, from, n);
return n;
}
EXPORT_SYMBOL(copy_to_user);
從注釋中就可以看出，這個函數的主要作用就是從內核空間拷貝一塊兒數據到用戶空間，由於這個函數有可能睡眠，所以只能用於用戶空間。它有如下三個參數，
To 目標地址，這個地址是用戶空間的地址；
From 源地址，這個地址是內核空間的地址；
N 將要拷貝的數據的字節數。
如果數據拷貝成功，則返回零；否則，返回沒有拷貝成功的數據字節數。
以上是對函數的一些說明，接下來讓我們看看這個函數的內部面目：
參數to的時候有個__user限定，這個在~/include/linux/compiler.h中有如下定義：
# define __user __attribute__((noderef, address_space(1)))
表示這是一個用戶空間的地址，即其指向的為用戶空間的內存
大家可能對這個__attribute__感到比較迷惑，不過沒關系，google一下嘛
__attribute__是gnu c編譯器的一個功能，它用來讓開發者使用此功能給所聲明的函數或者變量附加一個屬性，以方便編譯器進行錯誤檢查，其實就是一個內核檢查器。
具體可以參考如下：
http://unixwiz.net/techtips/gnu-c-attributes.html
接下來我們看一下
might_sleep();它有兩個實現版本，debug版本和非debug版本：
在debug版本中，在有可能引起sleep的函數中會給出相應的提示，如果是在原子的上下文中執行，則會打印出棧跟蹤的信息，這是通過__might_sleep(__FILE__, __LINE__);函數來實現的，並且接着調用might_resched()函數進行重新調度。
在非debug版本中直接調用might_resched()函數進行重新調度。
其實現方式為，在~/ include/linux/kernel.h中：
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK_SLEEP
void __might_sleep(char *file, int line);
# define might_sleep() \
do { __might_sleep(__FILE__, __LINE__); might_resched(); } while (0)
#else
# define might_sleep() do { might_resched(); } while (0)
#endif
接下來是一個檢查參數合法性的宏：
BUG_ON((long) n < 0);
其實現為如下(在~/include/asm-generic/bug.h):
它通過檢查條件，根據結果來決定是否打印相應的提示信息；
#ifdef CONFIG_BUG
#ifndef HAVE_ARCH_BUG
#define BUG() do { \
printk("BUG: failure at %s:%d/%s()!\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__); \
panic("BUG!"); \
} while (0)
#endif
#ifndef HAVE_ARCH_BUG_ON
#define BUG_ON(condition) do { if (unlikely((condition)!=0)) BUG(); } while(0)
#endif
接下來是一個宏
access_ok(VERIFY_WRITE, to, n)
它是用來檢查參數中一個指向用戶空間數據塊的指針是否有效，如果有效返回非零，否則返回零。其實現如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
#define access_ok(type,addr,size) (likely(__range_ok(addr,size) == 0))
其中__range_ok(addr,size)的實現是通過內嵌匯編來實現的，內容如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
#define __range_ok(addr,size) ({ \
unsigned long flag,sum; \
__chk_user_ptr(addr); \
asm("addl %3,%1 ; sbbl %0,%0; cmpl %1,%4; sbbl $0,%0" \
:"=&r" (flag), "=r" (sum) \
:"1" (addr),"g" ((int)(size)),"g" (current_thread_info()->addr_limit.seg)); \
flag; })
其實現的功能為：
(u33)addr + (u33)size >= (u33)current->addr_limit.seg
判斷上式是否成立，若不成立則表示地址有效，返回零；否則返回非零
接下來的這個函數才是最重要的函數，它實現了拷貝的工作：
__copy_to_user(to, from, n)
其實現方式如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
static __always_inline unsigned long __must_check
__copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
{
might_sleep();
return __copy_to_user_inatomic(to, from, n);
}
有一個__always_inline宏，其內容就是inline，一個__must_check，其內容是在gcc3和gcc4版本里為__attribute__((warn_unused_result))
其中might_sleep同上面__user時候的注釋。
最終調用的是__copy_to_user_inatomic(to, from, n)來完成拷貝工作的，此函數的實現如下(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
static __always_inline unsigned long __must_check
__copy_to_user_inatomic(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
{
if (__builtin_constant_p(n)) {
unsigned long ret;
switch (n) {
case 1:
__put_user_size(*(u8 *)from, (u8 __user *)to, 1, ret, 1);
return ret;
case 2:
__put_user_size(*(u16 *)from, (u16 __user *)to, 2, ret, 2);
return ret;
case 4:
__put_user_size(*(u32 *)from, (u32 __user *)to, 4, ret, 4);
return ret;
}
}
return __copy_to_user_ll(to, from, n);
}
其中__builtin_constant_p(n)為gcc的內建函數，__builtin_constant_p用於判斷一個值是否為編譯時常熟，如果參數n的值為常數，函數返回1，否則返回0。很多計算或操作在參數為常數時有更優化的實現，在 GNU C 中用上面的方法可以根據參數是否為常數，只編譯常數版本或非常數版本，這樣既不失通用性，又能在參數是常數時編譯出最優化的代碼。
如果n為常數1、2或者4，就會選擇某個swith來執行拷貝動作，拷貝是通過如下函數來實現的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
#ifdef CONFIG_X86_WP_WORKS_OK
#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret) \
do { \
retval = 0; \
__chk_user_ptr(ptr); \
switch (size) { \
case 1: __put_user_asm(x,ptr,retval,"b","b","iq",errret);break; \
case 2: __put_user_asm(x,ptr,retval,"w","w","ir",errret);break; \
case 4: __put_user_asm(x,ptr,retval,"l","","ir",errret); break; \
case 8: __put_user_u64((__typeof__(*ptr))(x),ptr,retval); break;\
default: __put_user_bad(); \
} \
} while (0)
#else
#define __put_user_size(x,ptr,size,retval,errret) \
do { \
__typeof__(*(ptr)) __pus_tmp = x; \
retval = 0; \
\
if(unlikely(__copy_to_user_ll(ptr, &__pus_tmp, size) != 0)) \
retval = errret; \
} while (0)
#endif
其中__put_user_asm為一個宏，拷貝工作是通過如下的內聯匯編來實現的(在/include/asm-i386/uaccess.h中)：
#define __put_user_asm(x, addr, err, itype, rtype, ltype, errret) \
__asm__ __volatile__( \
"1: mov"itype" %"rtype"1,%2\n" \
"2:\n" \
".section .fixup,\"ax\"\n" \
"3: movl %3,%0\n" \
" jmp 2b\n" \
".previous\n" \
".section __ex_table,\"a\"\n" \
" .align 4\n" \
" .long 1b,3b\n" \
".previous" \
: "=r"(err) \
: ltype (x), "m"(__m(addr)), "i"(errret), "0"(err))