Linux内核错误码与错误指针

linux EFAULT IS_ERR

kernel version： linux-4.9.13

内核错误码

在内核中定义了一些列错误码，以指示不同的出错情况：
include/uapi/asm-generic/errno-base.h

#ifndef _ASM_GENERIC_ERRNO_BASE_H
#define _ASM_GENERIC_ERRNO_BASE_H
#define EPERM        1  /* Operation not permitted */
#define ENOENT       2  /* No such file or directory */
#define ESRCH        3  /* No such process */
#define EINTR        4  /* Interrupted system call */
#define EIO      5  /* I/O error */
#define ENXIO        6  /* No such device or address */
#define E2BIG        7  /* Argument list too long */
#define ENOEXEC      8  /* Exec format error */
#define EBADF        9  /* Bad file number */
#define ECHILD      10  /* No child processes */
#define EAGAIN      11  /* Try again */
#define ENOMEM      12  /* Out of memory */
#define EACCES      13  /* Permission denied */
#define EFAULT      14  /* Bad address */
#define ENOTBLK     15  /* Block device required */
#define EBUSY       16  /* Device or resource busy */
#define EEXIST      17  /* File exists */
#define EXDEV       18  /* Cross-device link */
#define ENODEV      19  /* No such device */
#define ENOTDIR     20  /* Not a directory */
#define EISDIR      21  /* Is a directory */
#define EINVAL      22  /* Invalid argument */
#define ENFILE      23  /* File table overflow */
#define EMFILE      24  /* Too many open files */
#define ENOTTY      25  /* Not a typewriter */
#define ETXTBSY     26  /* Text file busy */
#define EFBIG       27  /* File too large */
#define ENOSPC      28  /* No space left on device */
#define ESPIPE      29  /* Illegal seek */
#define EROFS       30  /* Read-only file system */
#define EMLINK      31  /* Too many links */
#define EPIPE       32  /* Broken pipe */
#define EDOM        33  /* Math argument out of domain of func */
#define ERANGE      34  /* Math result not representable */
#endif

内核错误指针

通常如果一个函数返回值是指针类型，在调用出错的情况下会返回NULL指针，但Linux内核对指针返回值作了更精妙的处理，使得出错情况能通过返回的指针体现出来。在内核中，有以下三种指针：

• 有效指针
• 空指针
• 错误指针

其中错误指针定义为指向内核空间保留区域（addr：0xffff000~0xffffffff， size: 4K）的指针，每一个地址都指示了一种出错情况。错误指针与错误码通过如下函数进行转换：
include/linux/err.h

......
#define MAX_ERRNO   4095
#define IS_ERR_VALUE(x) unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)
/* 将错误码转为错误指针 */
static inline void * __must_check ERR_PTR(long error)
{
    return (void *) error;
}
/* 将错误指针转为错误码 */
static inline long __must_check PTR_ERR(__force const void *ptr)
{
    return (long) ptr;
}
/* 判断指针是否为错误指针 */
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);
}
......

内联函数IS_ERR()，用来判断指针是否错误，将其一一展开：

IS_ERR(ptr)
    |
    IS_ERR_VALUE(ptr)
        |
        unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)
            |
            unlikely((unsigned long)(void *)(x) >= (unsigned long)-4095)

表达式((unsigned long)-4095)的值就是0xfffff000，如果指针指向内核空间保留区域（0xfffff000~0xffffffff），IS_ERR()将返回flase，该指针被定义为错误指针。
内联函数PTR_ERR()与ERR_PTR()，提供错误指针与错误码相互转换的功能，涉及到类型强制转换，错误指针指向地址范围为0xfffff000~0xffffffff，因此转成错误码范围为-4096~-1。