Linux深入解析IS_ERR函數(shù)的使用方式

更新時間：2025年07月11日 09:47:34 作者：小嵌同學

文章解釋了Linux內(nèi)核中IS_ERR函數(shù)的作用及原理,說明其通過檢測特定地址范圍的指針來識別錯誤碼,用于內(nèi)存分配和資源獲取等場景,并給出調(diào)試技巧與底層宏實現(xiàn)解析

一、為什么需要IS_ERR？

在Linux內(nèi)核開發(fā)中，內(nèi)核空間的函數(shù)（如內(nèi)存分配、設備驅(qū)動接口）無法像用戶空間那樣直接返回-ENOMEM或-EINVAL等錯誤碼，因為它們的返回值類型通常是指針。為此，內(nèi)核采用了一種巧妙的方式：將錯誤碼編碼到指針值中，而IS_ERR()正是用來檢測這種特殊指針的關鍵工具。

二、IS_ERR的原理

錯誤碼的編碼規(guī)則

內(nèi)核將錯誤碼（如-ENOMEM）轉(zhuǎn)換為指針的形式，具體實現(xiàn)依賴于體系結(jié)構(gòu)。
例如在x86-64中，錯誤碼會被轉(zhuǎn)換為(void *)(-4095UL ~ -1UL)區(qū)間的虛擬地址（即最高有效位為1的地址）。
當指針值在 0xFFFFF000~0xFFFFFFFFFFFFFFFF范圍時，IS_ERR()返回true。

核心函數(shù)解析

// 判斷指針是否為錯誤碼
bool IS_ERR(const void *ptr);

// 從錯誤指針中提取原始錯誤碼
long PTR_ERR(const void *ptr);

// 將錯誤碼轉(zhuǎn)換為指針
void *ERR_PTR(long error);

三、實際使用場景

示例：字符設備驅(qū)動中的內(nèi)存分配

static int mydev_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
    struct my_device *dev = kmalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);
    
    if (!dev)
        return -ENOMEM; // 用戶空間可以直接返回錯誤碼
    
    // 內(nèi)核函數(shù)返回指針的錯誤處理
    dev->regs = ioremap(DEVICE_BASE, SIZE);
    if (IS_ERR(dev->regs)) {
        int err = PTR_ERR(dev->regs);
        kfree(dev);
        return err; // 將錯誤傳遞到用戶空間
    }
    return 0;
}

四、常見錯誤及調(diào)試技巧

典型錯誤案例

void *ptr = vmalloc(1024);
if (IS_ERR(ptr)) {  // 錯誤！vmalloc失敗時返回NULL，而非錯誤指針
    printk("Allocation failed: %ld\n", PTR_ERR(ptr));
    return;
}

? 正確做法：對可能返回錯誤指針的函數(shù)（如devm_clk_get()）使用IS_ERR，對返回NULL的函數(shù)（如kmalloc()）直接判空。

調(diào)試技巧

打印錯誤碼：printk("Error code: %ld\n", PTR_ERR(ptr));
使用dump_stack()定位調(diào)用路徑

五、底層實現(xiàn)解析（ include/linux/err.h）

/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
#ifndef _LINUX_ERR_H
#define _LINUX_ERR_H

#include <linux/compiler.h>
#include <linux/types.h>

#include <asm/errno.h>

/*
 * 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);
}

/**
 * ERR_CAST - 顯式將帶有錯誤值的指針轉(zhuǎn)換為另一種指針類型
 * @ptr: 需要轉(zhuǎn)換的指針。
 *
 * 以一種明確的方式，將帶有錯誤值的指針顯式轉(zhuǎn)換為另一種指針類型。
 */
static inline void * __must_check ERR_CAST(__force const void *ptr)
{
	// 去除 const 限定符并進行類型轉(zhuǎn)換
	return (void *) ptr;
}

static inline int __must_check PTR_ERR_OR_ZERO(__force const void *ptr)
{
	if (IS_ERR(ptr))
		return PTR_ERR(ptr);
	else
		return 0;
}

#endif

#endif /* _LINUX_ERR_H */

當指針值在0xFFFFF000~0xFFFFFFFFFFFFFFFF范圍時，IS_ERR()返回true。

函數(shù)/宏	功能描述	使用場景
PTR_ERR_OR_ZERO	檢查指針是否為錯誤指針，如果是則返回錯誤碼，否則返回 0	簡化錯誤處理邏輯，直接獲取錯誤碼或成功標志。
ERR_CAST	將帶限定符的指針轉(zhuǎn)換為普通指針，保留錯誤信息	需要將錯誤指針傳遞給期望不同類型的函數(shù)時使用。
IS_ERR_OR_NULL	檢查指針是否為 NULL 或錯誤指針	同時判斷指針是否為空或包含錯誤信息，適用于返回值可能為 NULL 或錯誤指針的情況。

六、總結(jié)

場景	正確用法	錯誤用法
內(nèi)存分配失敗	if (!ptr)	IS_ERR(ptr)
資源獲取類函數(shù)	if (IS_ERR(ptr))	直接判空
錯誤傳遞	return PTR_ERR(ptr);	返回未經(jīng)轉(zhuǎn)換的指針

掌握IS_ERR系列函數(shù)的使用，是Linux內(nèi)核調(diào)試的重要基礎。它不僅能幫助開發(fā)者準確定位資源分配錯誤，更是理解內(nèi)核錯誤處理機制的關鍵入口。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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