Linux内核中的IS_ERR()实现

1、前言

对于任何一个指针来说，必然有三种情况：一种是有效指针，一种是NULL，也就是空指针，一种是错误指针，也就是无效指针，在Linux内核中，所谓的错误指针就是指其已经到达了内核空间的最后一个page，例如，对于32bit的系统来说，内核空间最后地址为0xFFFF FFFF，那么最后一个page就是指地址0xFFFF F000~0xFFFF FFFF（4K大小页面），这段地址是被保留的，如果指针落在这段地址之内，说明是错误的无效的指针。

2、内核如何实现IS_ERR()

在Linux内核源码中实现了指针错误的处理机制，相关的函数接口主要有IS_ERR()、PTR_ERR()、ERR_PTR()等，其函数的源码在include/linux/err.h文件中：

/*
 * Kernel pointers have redundant information, so we can use a
 * scheme where we can return either an error code or a normal
 * pointer with the same return value.
 *
 * This should be a per-architecture thing, to allow different
 * error and pointer decisions.
 */
#define MAX_ERRNO    4095

#ifndef __ASSEMBLY__

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

static inline void * __must_check ERR_PTR(long error)
{
    return (void *) error;
}

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

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

static inline bool __must_check IS_ERR_OR_NULL(__force const void *ptr)
{
    return unlikely(!ptr) || IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}

在Linux的源码中IS_ERR()函数其实就是判断指针是否出错，如果指针指向了内核空间的最后一个page，那么说明它就是一个无效的指针，如果指针并不是落在内核空间的最后一个page，那么说明这指针是有效的，内核中，无效的指针能表示成一种负数的错误号。

内核空间为什么要保留出最后一个page呢？首先，驱动程序都是运行在内核空间的，内核空间虽然很大，但总是有限的，在这有限的空间内，最后一个page是专门保留的，一般人并不可能会用到内核空间最后一个page的指针，其次，内核空间中返回的指针一般是指向页面的边界（4K边界），也就是ptr & 0xFFF == 0，当发现指针指向了最后一个page，哪说明该指针是无效的。

接下来，对IS_ERR()函数进行分析，其函数如下所示：

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

在该函数的内部，调用了IS_ERR_VALUE()，这是一个宏定义，其代码如下：

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

在源码中可以知道MAX_ERRNO的值时4095，也就是0xFFF，在上面的宏定义中(unsigned long)-MAX_ERRNO，是对负数-MAX_ERRNO进行强制类型转换，-0xFFF强制转换为unsigned long类型为0xFFFF F000，所以该宏等价于下面：

#define IS_ERR_VALUE(x) unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (0xFFFFF000))

也就是判断传入的指针值是否落在区间0xFFFF F000~0xFFFF FFFF之内，如果落在这个区间之内的话，就是无效的指针，因此，可以使用IS_ERR()函数去判断内核函数中返回的指针值是否是有效的指针，另外，平时在内核中看见的错误号码都是在前面加个负号，也就是这个原因。

ERR_PTR()和PTR_ERR()函数只是对错误进行强制转换而已，PTR_ERR()函数将无效指针转换为错误号，ERR_PTR()函数将错误号转换为无效指针，而IS_ERR_OR_NULL()函数则用来判断传入的指针是无效指针还是空指针。

3、使用示例

对于IS_ERR()的使用，可以参考下面的代码：

myclass = class_create(THIS_MODULE, "myclass");
if (IS_ERR(myclass)) {
　　ret = PTR_ERR(myclass);
   goto fail;
}
    
mydevice = device_create(myclass, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "simple-device");
if (IS_ERR(mydevice)) {
　　class_destroy(myclass);
　　ret = PTR_ERR(mydevice);
　　goto fail;
}

在代码中，调用class_create()和device_create()函数，必须使用IS_ERR()函数判断返回的指针是否是有效的，如果是无效的，需要调用PTR_ERR()函数将无效的指针转换为错误号，并进行错误号返回。

4、小节

本文主要简单介绍了Linux内核中无效指针的处理机制，包括IS_ERR()、PTR_ERR()等函数的实现。

参考：

https://blog.csdn.net/xxu0123456789/article/details/6339625

https://blog.csdn.net/ljk0922/article/details/47911203

https://www.cnblogs.com/Ph-one/p/4414540.html

https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/81175817