copy_from_user的疑惑

Question

copy_from_user是从内核空间读取用户空间的数据。
copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
32位操作系统，from是用户空间的指针，地址小于0XC0000000，to是内核空间指针，地址大于0XC0000000。
我知道操作用户空间地址，应该都是要经过GDT把虚拟地址转化为线性地址（在Linux中，经过GDT转化后，其实虚拟地址就是线性地址），然后通过CR3寄存器（CR3里面的地址应该是物理地址吧，由内核来负责装入）找到页表，页目录，然后把线性地址最终转化为物理地址。
操作内核空间的地址不太清楚，是按照上面步骤，通过GDT，CR3得到物理地址还是通过__pa这个宏，直接减去0XC000000这个偏移得到物理地址的呢？
from是用户空间的指针，是虚拟地址（其实就是线性地址），应该在用户的数据段里，要读from地址的内容，应该把该用户数据段所在的页表地址放到CR3寄存器里，然后转化为物理地址进行读取吧。
我看了copy_from_user的源代码，源码里面好像没有操作CR3寄存器的语句，没搞懂它到底是怎么读取用户空间的数据，然后写到内核空间中去的？

Answer 1

地址轉換全部都是由MMU完成的

Answer 2

不管用户空间还是内核空间，逻辑地址到物理地址都是通过MMU（GDT,CR3）进行转化的。对于内核逻辑地址来说，通过MMU转化就相当于减去0xC0000000这个偏移地址，是这个意思吧？
copy_from_user是怎么读取用户空间的数据的呢？我看源代码最终就是调用mov语句实现的，它怎么知道用户空间地址是那个进程的？如果进行GDT,CR3这些转化的呢?

Answer 3

本帖最后由 zhanglong71 于 2011-06-16 21:58 编辑

1.开启分页功能后，能直接访问的只是线性地址。机器(x86)的寻址过程是：
　　逻辑地址---(分段单元)--->线性地址---(分页单元)--->物理地址
2."通过MMU转化就相当于减去0xC0000000这个偏移地址，是这个意思吧？"
　　这样说是不合适的。
　　内核线性地址减去0xC0000000得到物理地址，是因为在机器初始化页目录页表项数据时，将0-896MB的物理地址空间建立平板映射，也就是将0-896MB的物理地址空间映射到0xc0000000-0xc0000000+896MB的线性地址空间。并且这种关系只在此范围内才能成立。超出此范围的就不行了。
3.copy_from_user只能用在进程上下文中。
    在调度器切换任务并加载进程的执行环境时，会将其进程的task_strcut结构中的相关数据项分别加载到GDTR和CR3.也就是每个进程都有自己的GDTR和CR3.
    在调用copy_from_user时，其中的两个地址都可看成是线性地址。在访问此地址时，机器通过GDTR,CR3将其转换成物理地址后访问其中的数据，而这一转换过程是不可见的。

Answer 4

我来解释一下， 一个进程无论 内核还是用户空间都只有一个 页目录表， 内核调用copy_from_user的时候如果 内核映射页不存在就会发生异常，缺页异常中切换一下映射表，继续读取参数值。

Answer 5

根据大家的描述，是下面这个意思吧。
进程从用户态进入内核态不会引起CR3的变化。所有进程的内核空间都是一样的。
所有进程的页表中对应于线性地址范围为3g-4g的页目录是一致的，对应于内核空间，对应于相同的物理地址。对应于线性地址范围为0-3g之间的用户空间页目录不一致，对应不同的物理地址。
所有进程的页表中3g-4g的页目录都是相同的，这个是不是浪费了内存空间哈？