Linux 驅動程式的 I/O, #3: kernel-space 與 user-space 的「I/O」
．作者：jollen／
．日期：December 26, 2006 11:40 PM
重要觀念
任何作業系統底下的「驅動程式」，都需要分二個層面來討論所謂的「I/O 處理」：
1. 實體層：驅動程式 v.s. 硬體。
2. 虛擬層：驅動程式 v.s. user process
在前一篇日記「Linux 驅動程式的 I/O, #2: I/O 存取相關函數」中所提到的 I/O 函數是處理「實體層」的 I/O；本日記所要介紹的 copy_to_user() 與 copy_from_user() 則是在處理「虛擬層」的 I/O。另外，在繼續往下讀之前，您必須了解以下的觀念都是「等價」的：
1. 驅動程式與 user process 的 I/O；等於
2. 驅動程式與 user process 間的 data communication；等於
3. kernel-space 與 user-space 間的 data communication。
此外，還要了解：
1. user-space 無法「直接」存取 kernel-space 的記憶體。
2. 「Linux device driver」與「user-space」間的 I/O 會與 fops->read、fops->write 與 fops->ioctl 共三個 system call 有關。
copy_to_user() 與 copy_from_user()
了解以上的觀念後，再來「直接殺進重點」就很容易懂了：從 user-space 讀取資料至 kernel-space，或是將 kernel-space 的資料寫至 user-space，「必須」透過 kernel 提供的 2 個 API 來進行。這二個 API 如下：
˙ long copy_to_user(void *to, const void *from, long n);
˙ long copy_from_user(void *to, const void *from, long n);
參數說明，以 copy_to_user() 來說：
˙ to：資料的目的位址，此參數為一個指向 user-space 記憶體的指標。
˙ from：資料的來源位址，此參數為一個指向 kernel-space 記憶體的指標。
˙ 口訣：copy data to user-space from
kernel-space
以 copy_from_user() 來說：
˙ to：資料的目的位址，此參數為一個指向 kernel-space 記憶體的指標。
˙ from：資料的來源位址，此參數為一個指向 user-space 記憶體的指標。
˙ 口訣：copy data from user-space to
kernel-space
由 user-space 讀取資料，或是寫入資料給 user-space 的 3 個 driver method 為：read、write與ioctl。
另外，指向 user-space 的指標是 kernel 回呼 driver method 時所傳遞進來的，可由 read、write 與 ioctl driver function 的函數原型宣告來觀察（紅色部份）：
˙ int card_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd,
unsigned long arg);
˙ ssize_t write(struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);
˙ ssize_t read(struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp);
fops->ioctl 的參數 arg、fops->write 與 fops->read 的參數 buff 是指向 user-space 資料的指標。撰寫程式時，要注意資料型別上的不同。
下一篇日記再寫一個範例來配合著研究，大家應該會更清楚。
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