copy_to_user 与 memcpy

Question

我一直被告知（在书籍和教程中）在将数据从内核空间复制到用户空间时，我们应该使用 copy_to_user() 并且使用 memcpy() 会导致系统出现问题。最近我错误地使用了 memcpy() 并且它工作得非常好，没有任何问题。 为什么我们应该使用 copy_to_user 而不是 memcpy()

我的测试代码（内核模块）是这样的：

static ssize_t test_read(struct file *file, char __user * buf,
             size_t len, loff_t * offset)
{
    char ani[100];

    if (!*offset) {
        memset(ani, 'A', 100);
        if (memcpy(buf, ani, 100))
            return -EFAULT;
        *offset = 100;
        return *offset;
    }

    return 0;
}

struct file_operations test_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = test_read,
};

static int __init my_module_init(void)
{
    struct proc_dir_entry *entry;

    printk("We are testing now!!\n");
    entry = create_proc_entry("test", S_IFREG | S_IRUGO, NULL);
    if (!entry)
        printk("Failed to creats proc entry test\n");

    entry->proc_fops = &test_fops;
    return 0;
}
module_init(my_module_init);

从用户空间应用程序，我正在阅读我的 /proc 条目，一切正常。

查看 copy_to_user() 的源代码表明它也是简单的 memcpy()，我们只是尝试使用 access_ok 并执行 memcpy 检查指针是否有效。

所以我的理解目前是，如果我们确定我们传递的指针，memcpy() 总是可以用来代替 copy_to_user。

如果我的理解不正确，请纠正我，copy_to_user 有效且 memcpy() 失败的任何示例都非常有用。谢谢。

Answer 1

这个答案可能会迟到，但无论如何copy_to_user() 和它的姐妹copy_from_user() 都对用户传递的size 参数和缓冲区大小进行了一些大小限制检查，因此读取方法如下：

char name[] = "This message is from kernel space";
ssize_t read(struct file *f, char __user *to, size_t size, loff_t *loff){
                
    int ret = copy_to_user(to, name, size);
    if(ret){
        pr_info("[+] Error while copying data to user space");
        return ret;
    }
    pr_info("[+] Finished copying data to user space");
    return 0;
}

读取为read(ret, buffer, 10); 的用户空间应用OK，但将 10 替换为 35 或更多，内核将发出此错误：

Buffer overflow detected (34 < 35)!

并导致复制失败以防止内存泄漏。 copy_from_user() 也是如此，它也会进行一些内核缓冲区大小检查。

---

这就是为什么你必须使用char name[] 而不是char *name，因为使用指针（不是数组）会导致无法确定大小，这会使内核发出此错误：

BUG: unable to handle page fault for address: ffffffffc106f280
#PF: supervisor write access in kernel mode
#PF: error_code(0x0003) - permissions violation

希望这个答案能有所帮助。

Answer 2

这有几个原因。

首先，安全。因为内核可以写入它想要的任何地址，如果你只使用你获得的用户空间地址并使用memcpy，攻击者可以写入另一个进程的页面，这是一个巨大的安全问题。 copy_to_user 检查目标页面是否可被当前进程写入。

还有一些架构方面的考虑。例如，在 x86 上，目标页面必须固定在内存中。在某些架构上，您可能需要特殊说明。等等。 Linux 内核的可移植性目标需要这种抽象。