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arm64架构的copy_from_user分析

news 来源：原创 2025/9/15 5:24:55

文章目录

前言
代码实现
- 内核c代码
- - copy_from_user
  - _copy_from_user
  - raw_copy_from_user
- 内核汇编代码
- - copy_from_user.S
  - copy_template.S
- 汇编代码分析
- - 汇编简介
  - - 标签
    - .req伪指令
    - .macro伪指令
    - tbz指令
    - neg指令
    - str指令
  - copy_template.S分析
小结

前言

一谈到内核-用户空间的数据拷贝，那肯定少不了copy_from_user/copy_to_user, 但底层是怎么实现的呢？

本篇就来分析一下arm64架构的copy_from_user的流程

代码实现

内核c代码

copy_from_user

include/linux/uaccess.h

static __always_inline unsigned long __must_check
copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
{if (check_copy_size(to, n, false))n = _copy_from_user(to, from, n);return n;
}

调用了_copy_from_user

_copy_from_user

#ifdef INLINE_COPY_FROM_USER
static inline __must_check unsigned long
_copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
{unsigned long res = n;might_fault();if (!should_fail_usercopy() && likely(access_ok(from, n))) {instrument_copy_from_user_before(to, from, n);res = raw_copy_from_user(to, from, n);instrument_copy_from_user_after(to, from, n, res);}if (unlikely(res))memset(to + (n - res), 0, res);return res;
}
#endif
// 当定义了INLINE_COPY_FROM_USER这个宏时走这里
// 这个宏不是.config里的，但在arch/arm64/include/asm/uaccess.h等各架构文件里均有define

核心是这三行
instrument_copy_from_user_before(to, from, n);
res = raw_copy_from_user(to, from, n);
instrument_copy_from_user_after(to, from, n, res);
其中instrument_copy_from_user_before/after是插入监控动作 kasan_check_write和kcsan_check_write，这里暂且不展开

raw_copy_from_user

extern unsigned long __must_check __arch_copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n);
#define raw_copy_from_user(to, from, n)					\
({									\unsigned long __acfu_ret;					\uaccess_ttbr0_enable();						\__acfu_ret = __arch_copy_from_user((to),			\__uaccess_mask_ptr(from), (n));	\uaccess_ttbr0_disable();					\__acfu_ret;							\
})

raw_copy_from_user调用了__arch_copy_from_user
__arch_copy_from_user是extern的一个符号，并没有对应的函数实现
实现在汇编里

内核汇编代码

copy_from_user.S

arch/arm64/lib/copy_from_user.S

全部代码：

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
/** Copyright (C) 2012 ARM Ltd.*/#include <linux/linkage.h>#include <asm/asm-uaccess.h>
#include <asm/assembler.h>
#include <asm/cache.h>/** Copy from user space to a kernel buffer (alignment handled by the hardware)** Parameters:*	x0 - to*	x1 - from*	x2 - n* Returns:*	x0 - bytes not copied*/.macro ldrb1 reg, ptr, valuser_ldst 9998f, ldtrb, \reg, \ptr, \val.endm.macro strb1 reg, ptr, valstrb \reg, [\ptr], \val.endm.macro ldrh1 reg, ptr, valuser_ldst 9997f, ldtrh, \reg, \ptr, \val.endm.macro strh1 reg, ptr, valstrh \reg, [\ptr], \val.endm.macro ldr1 reg, ptr, valuser_ldst 9997f, ldtr, \reg, \ptr, \val.endm.macro str1 reg, ptr, valstr \reg, [\ptr], \val.endm.macro ldp1 reg1, reg2, ptr, valuser_ldp 9997f, \reg1, \reg2, \ptr, \val.endm.macro stp1 reg1, reg2, ptr, valstp \reg1, \reg2, [\ptr], \val.endmend	.req	x5
srcin	.req	x15
SYM_FUNC_START(__arch_copy_from_user)add	end, x0, x2mov	srcin, x1
#include "copy_template.S"mov	x0, #0				// Nothing to copyret// Exception fixups
9997:	cmp	dst, dstinb.ne	9998f// Before being absolutely sure we couldn't copy anything, try harder
USER(9998f, ldtrb tmp1w, [srcin])strb	tmp1w, [dst], #1
9998:	sub	x0, end, dst			// bytes not copiedret
SYM_FUNC_END(__arch_copy_from_user)
EXPORT_SYMBOL(__arch_copy_from_user)

精简版：

	add	end, x0, x2mov	srcin, x1
#include "copy_template.S"mov	x0, #0				// Nothing to copyret// Exception fixups
9997:	cmp	dst, dstinb.ne	9998f// Before being absolutely sure we couldn't copy anything, try harder
USER(9998f, ldtrb tmp1w, [srcin])strb	tmp1w, [dst], #1
9998:	sub	x0, end, dst			// bytes not copiedret

其中include的部分是copy_template.S的汇编代码

copy_template.S

arch/arm64/lib/copy_template.S
全部代码：

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
/** Copyright (C) 2013 ARM Ltd.* Copyright (C) 2013 Linaro.** This code is based on glibc cortex strings work originally authored by Linaro* be found @** http://bazaar.launchpad.net/~linaro-toolchain-dev/cortex-strings/trunk/* files/head:/src/aarch64/*//** Copy a buffer from src to dest (alignment handled by the hardware)** Parameters:*	x0 - dest*	x1 - src*	x2 - n* Returns:*	x0 - dest*/
dstin	.req	x0
src	.req	x1
count	.req	x2
tmp1	.req	x3
tmp1w	.req	w3
tmp2	.req	x4
tmp2w	.req	w4
dst	.req	x6A_l	.req	x7
A_h	.req	x8
B_l	.req	x9
B_h	.req	x10
C_l	.req	x11
C_h	.req	x12
D_l	.req	x13
D_h	.req	x14mov	dst, dstincmp	count, #16/*When memory length is less than 16, the accessed are not aligned.*/b.lo	.Ltiny15neg	tmp2, srcands	tmp2, tmp2, #15/* Bytes to reach alignment. */b.eq	.LSrcAlignedsub	count, count, tmp2/** Copy the leading memory data from src to dst in an increasing* address order.By this way,the risk of overwriting the source* memory data is eliminated when the distance between src and* dst is less than 16. The memory accesses here are alignment.*/tbz	tmp2, #0, 1fldrb1	tmp1w, src, #1strb1	tmp1w, dst, #1
1:tbz	tmp2, #1, 2fldrh1	tmp1w, src, #2strh1	tmp1w, dst, #2
2:tbz	tmp2, #2, 3fldr1	tmp1w, src, #4str1	tmp1w, dst, #4
3:tbz	tmp2, #3, .LSrcAlignedldr1	tmp1, src, #8str1	tmp1, dst, #8.LSrcAligned:cmp	count, #64b.ge	.Lcpy_over64/** Deal with small copies quickly by dropping straight into the* exit block.*/
.Ltail63:/** Copy up to 48 bytes of data. At this point we only need the* bottom 6 bits of count to be accurate.*/ands	tmp1, count, #0x30b.eq	.Ltiny15cmp	tmp1w, #0x20b.eq	1fb.lt	2fldp1	A_l, A_h, src, #16stp1	A_l, A_h, dst, #16
1:ldp1	A_l, A_h, src, #16stp1	A_l, A_h, dst, #16
2:ldp1	A_l, A_h, src, #16stp1	A_l, A_h, dst, #16
.Ltiny15:/** Prefer to break one ldp/stp into several load/store to access* memory in an increasing address order,rather than to load/store 16* bytes from (src-16) to (dst-16) and to backward the src to aligned* address,which way is used in original cortex memcpy. If keeping* the original memcpy process here, memmove need to satisfy the* precondition that src address is at least 16 bytes bigger than dst* address,otherwise some source data will be overwritten when memove* call memcpy directly. To make memmove simpler and decouple the* memcpy's dependency on memmove, withdrew the original process.*/tbz	count, #3, 1fldr1	tmp1, src, #8str1	tmp1, dst, #8
1:tbz	count, #2, 2fldr1	tmp1w, src, #4str1	tmp1w, dst, #4
2:tbz	count, #1, 3fldrh1	tmp1w, src, #2strh1	tmp1w, dst, #2
3:tbz	count, #0, .Lexitfuncldrb1	tmp1w, src, #1strb1	tmp1w, dst, #1b	.Lexitfunc.Lcpy_over64:subs	count, count, #128b.ge	.Lcpy_body_large/** Less than 128 bytes to copy, so handle 64 here and then jump* to the tail.*/ldp1	A_l, A_h, src, #16stp1	A_l, A_h, dst, #16ldp1	B_l, B_h, src, #16ldp1	C_l, C_h, src, #16stp1	B_l, B_h, dst, #16stp1	C_l, C_h, dst, #16ldp1	D_l, D_h, src, #16stp1	D_l, D_h, dst, #16tst	count, #0x3fb.ne	.Ltail63b	.Lexitfunc/** Critical loop.  Start at a new cache line boundary.  Assuming* 64 bytes per line this ensures the entire loop is in one line.*/.p2align	L1_CACHE_SHIFT
.Lcpy_body_large:/* pre-get 64 bytes data. */ldp1	A_l, A_h, src, #16ldp1	B_l, B_h, src, #16ldp1	C_l, C_h, src, #16ldp1	D_l, D_h, src, #16
1:/** interlace the load of next 64 bytes data block with store of the last* loaded 64 bytes data.*/stp1	A_l, A_h, dst, #16ldp1	A_l, A_h, src, #16stp1	B_l, B_h, dst, #16ldp1	B_l, B_h, src, #16stp1	C_l, C_h, dst, #16ldp1	C_l, C_h, src, #16stp1	D_l, D_h, dst, #16ldp1	D_l, D_h, src, #16subs	count, count, #64b.ge	1bstp1	A_l, A_h, dst, #16stp1	B_l, B_h, dst, #16stp1	C_l, C_h, dst, #16stp1	D_l, D_h, dst, #16tst	count, #0x3fb.ne	.Ltail63
.Lexitfunc:

汇编代码分析

这个内核汇编真的看的让人头大，因为使用了gnu扩展汇编语法，刚开始看的我一脸懵

这里我挑一条线分析下

汇编简介

简单介绍下这里用到的汇编知识

.req伪指令

a .req x1
# 给x1寄存器定义别名a

.macro伪指令

作用是在汇编中定义一个宏

# 单层.macro
.macro str1 reg, ptr, valstr \reg, [\ptr], \val
.endm
str1 x0, x1, #8  #就等于 str x0, [x1], #8# 多层.macro
.macro ldr1 reg, ptr, valuser_ldst 9997f, ldtr, \reg, \ptr, \val
.endm
# ldr1调用了user_ldst, 然而这个user_ldst也是一个宏
.macro user_ldst l, inst, reg, addr, post_inc
8888:		\inst		\reg, [\addr];add		\addr, \addr, \post_inc;_asm_extable_uaccess	8888b, \l;
.endm
# 所以 ldr1 x3, x1 #8 会被展开成:
ldtr x3, [x1]
add  x1, x1,  #8
# _asm_extable_uaccess干啥的, 我不知道
# ————又是宏套宏, 到底谁愿意看啊!

tbz指令

根据位是否为0跳转

tbz x0, #0, 1f
# 判断寄存器x0的第0位是否为0
# 1f是向前(地址更高处)查找标签1
# 1b是向后(地址更小处)查找标签1

neg指令

取负操作

neg x1, x2
# x2取负值放到x1里

str指令

(st means store)

因为arm64无法直接对内存进行写操作

所以想修改内存, 需要把值从栈上ldr到寄存器, 修改完寄存器, 再str回去

str和stp是一回事, stp是存两个字节 (p means pair)

可以有2或3个操作数

str x0, [b]      #把x0里的值存到栈b处
str x0, [b], #8  #把x0里的值存到栈b处, 存完再把栈指针+8

copy_template.S分析

好了，了解完前面的部分汇编指令，可以分析这段gnu扩展的汇编代码了

csdn没有汇编代码块啊！我不服

在这里插入图片描述

为了凸显颜色这部分只能截图了
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

小结

好了总结一下

就是copy_from_user经过层层传参之后，把指针传递给汇编层面的代码,

在汇编层面通过ldtr/ldr指令可以无阻地访问用户态/内核态地址

因此实现了
kernel copy from user

arm64架构的copy_from_user分析

文章目录前言代码实现内核c代码copy_from_user_copy_from_userraw_copy_from_user 内核汇编代码copy_from_user.Scopy_template.S 汇编代码分析汇编简介标签.req伪指令.macro伪指令tbz指令neg指令str指令 copy_template.S分析小结前言一谈到内核-用户空间的数据拷贝&#…...

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编程日记 2025/9/7 14:26:50

【vLLM 学习】API 客户端

vLLM 是一款专为大语言模型推理加速而设计的框架，实现了 KV 缓存内存几乎零浪费，解决了内存管理瓶颈问题。更多 vLLM 中文文档及教程可访问 →https://vllm.hyper.ai/ 源代码：vllm-project/vllm """Example Python client…...

编程日记 2025/9/8 5:08:02

CSS学习02 动态列数表格开发，解决多组数据布局与边框重合问题

概要在前端开发中，表格常用于展示结构化数据。当数据组的字段数量不统一时（如有的行包含 3 组数据，有的行包含 2 组或 1 组），传统固定列数的表格会出现结构错位、边框重合等问题。本文通过 HTML/CSS 规范方法&#x…...

编程日记 2025/9/9 18:45:18

【websocket】使用案例（ JSR 356 标准）

目录一、JSR 356方式：简单示例 1、引入依赖 2、注册端点扫描器 3、编写通过注解处理生命周期和消息 4、细节解读 5、总结二、聊天室案例方案流程 1、引入依赖 2、注册端点扫描器 3、编写一个配置类，读取httpsession 4、编写通过注解处理生…...

编程日记 2025/8/17 20:04:57

Tomcat Session 反序列化漏洞（CVE-2025-24813）

1.漏洞描述 Tomcat 是一个开源的、轻量级的 Web 应用服务器和 Servlet 容器。它由 Apache 软件基金会下的 Jakarta 项目开发，是目前最流行的 Java Web 服务器之一。该漏洞利用条件较为复杂，需同时满足以下四个条件： 应用程序启用了DefaultS…...

编程日记 2025/9/9 1:31:37

maven导入本地jar示例

1、${project.basedir} 是固定写法 <dependency><groupId>alipay-sdk</groupId><artifactId>alipay-sdk</artifactId><version>1.0</version><scope>system</scope><systemPath>${project.basedir}/src/main/lib…...

编程日记 2025/9/5 21:47:55

哨兵模式下，Redis主从同步原理，新增的Redis从节点如何同步

在Redis哨兵模式下，新增从节点的同步过程遵循全量同步和增量同步相结合的机制，具体原理如下： 一、新增从节点的同步流程 1. 建立连接与初始化请求新增从节点首次启动时，通过replicaof <master-ip> <master-port>命…...

编程日记 2025/9/15 3:39:00

SpringBoot系列之集成Redisson实现布隆过滤器

基于Spring Boot集成Redisson实现布隆过滤器在高并发和大数据量的场景下，布隆过滤器是一种非常高效的存储结构，可以用于快速判断一个元素是否存在于集合中。本文将介绍如何在Spring Boot中集成Redisson来实现布隆过滤器，并通过一个订单查询…...

编程日记 2025/9/4 13:32:01

Matlab 非线性阻尼四分之一车体被动和模糊pid控制悬架对比

1、内容简介 Matlab 192-非线性阻尼四分之一车体被动和模糊pid控制悬架对比可以交流、咨询、答疑 2、内容说明略汽车车辆悬架系统的核心元件主要有控制器、导向机构、弹性元件以及减震器等，该系统是汽车最重要的结构系统之一，主流车辆悬架大致有被…...

编程日记 2025/9/9 5:05:42

JavaWeb 课堂笔记 —— 07 Web 入门、HTTP 协议和Tomcat

本系列为笔者学习JavaWeb的课堂笔记，视频资源为B站黑马程序员出品的《黑马程序员JavaWeb开发教程，实现javaweb企业开发全流程（涵盖SpringMyBatisSpringMVCSpringBoot等）》，章节分布参考视频教程，为同样学习…...

编程日记 2025/9/9 14:21:56

Android学习总结之OKHttp拦截器和缓存

深入理解 OkHttp 拦截器 1. 拦截器接口详解 Interceptor 接口是自定义拦截器的基础，它仅包含一个抽象方法 intercept。以下是对该方法参数和返回值的详细解释： import okhttp3.Interceptor; import okhttp3.Request; import okhttp3.Response; import…...

编程日记 2025/9/5 4:35:32

Activiti（五）- 工作流引擎中流程定义删除机制

1、引言 Activiti作为一款轻量级、开源的工作流和业务流程管理(BPM)平台，在实际运维过程中，随着业务发展会产生大量需要清理的流程定义，不规范的删除操作可能导致数据不一致或系统异常等问题。本文将介绍Activiti中删除流程定义的相关方式及…...

编程日记 2025/8/30 14:02:43

C#里使用MaterialDesign来构造自定义窗口

本例子主要就是创建一个上面的界面，它是一个采用MaterialDesign开源库来创建的WPF程序。先要编辑App.xaml文件： <Application x:Class="MDIXWindow.App"xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"xmlns:x="http:/…...

编程日记 2025/9/11 1:14:39

PyTorch 模型转换为 TensorRT 引擎的通用方法

PyTorch 模型转换为 TensorRT 引擎的通用方法在深度学习模型的部署过程中，提升推理性能是一个重要的目标。将 PyTorch 模型（.pt 文件）转换为 TensorRT 引擎（.engine 文件）是一种常用的优化手段。本文将介绍几种通用的…...

编程日记 2025/8/29 11:42:39

利用Ruby的Typhoeus编写爬虫程序

Typhoeus是一个基于libcurl的HTTP客户端，支持并行请求，适合高效爬取数据。用户可能想要一个简单的例子，或者需要处理更复杂的情况，比如分页、并发请求或者数据解析。首先，我应该检查用户是否已经安装了Typhoeus。通常…...

编程日记 2025/9/11 7:04:25

Fabric8 Kubernetes使用介绍

Fabric8 Kubernetes Client 是一个强大的 Java 客户端库，用于与 Kubernetes 集群交互。以下是快速上手指南： 1. 添加依赖 Maven 依赖： <dependency><groupId>io.fabric8</groupId><artifactId>kubernetes-client&…...

编程日记 2025/9/14 16:06:05