Linux深入解析IS_ERR函数的使用方式_Linux

一、为什么需要is_err？

在linux内核开发中，内核空间的函数（如内存分配、设备驱动接口）无法像用户空间那样直接返回-enomem或-einval等错误码，因为它们的返回值类型通常是指针。为此，内核采用了一种巧妙的方式：将错误码编码到指针值中，而is_err()正是用来检测这种特殊指针的关键工具。

二、is_err的原理

错误码的编码规则

内核将错误码（如-enomem）转换为指针的形式，具体实现依赖于体系结构。
例如在x86-64中，错误码会被转换为(void *)(-4095ul ~ -1ul)区间的虚拟地址（即最高有效位为1的地址）。
当指针值在 0xfffff000~0xffffffffffffffff范围时，is_err()返回true。

核心函数解析

// 判断指针是否为错误码
bool is_err(const void *ptr);

// 从错误指针中提取原始错误码
long ptr_err(const void *ptr);

// 将错误码转换为指针
void *err_ptr(long error);

三、实际使用场景

示例：字符设备驱动中的内存分配

static int mydev_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
    struct my_device *dev = kmalloc(sizeof(*dev), gfp_kernel);
    
    if (!dev)
        return -enomem; // 用户空间可以直接返回错误码
    
    // 内核函数返回指针的错误处理
    dev->regs = ioremap(device_base, size);
    if (is_err(dev->regs)) {
        int err = ptr_err(dev->regs);
        kfree(dev);
        return err; // 将错误传递到用户空间
    }
    return 0;
}

四、常见错误及调试技巧

典型错误案例

void *ptr = vmalloc(1024);
if (is_err(ptr)) {  // 错误！vmalloc失败时返回null，而非错误指针
    printk("allocation failed: %ld\n", ptr_err(ptr));
    return;
}

✅ 正确做法：对可能返回错误指针的函数（如devm_clk_get()）使用is_err，对返回null的函数（如kmalloc()）直接判空。

调试技巧

打印错误码：printk("error code: %ld\n", ptr_err(ptr));
使用dump_stack()定位调用路径

五、底层实现解析（ 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 - 显式将带有错误值的指针转换为另一种指针类型
 * @ptr: 需要转换的指针。
 *
 * 以一种明确的方式，将带有错误值的指针显式转换为另一种指针类型。
 */
static inline void * __must_check err_cast(__force const void *ptr)
{
	// 去除 const 限定符并进行类型转换
	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 */

当指针值在0xfffff000~0xffffffffffffffff范围时，is_err()返回true。

函数/宏	功能描述	使用场景
ptr_err_or_zero	检查指针是否为错误指针，如果是则返回错误码，否则返回 0	简化错误处理逻辑，直接获取错误码或成功标志。
err_cast	将带限定符的指针转换为普通指针，保留错误信息	需要将错误指针传递给期望不同类型的函数时使用。
is_err_or_null	检查指针是否为 null 或错误指针	同时判断指针是否为空或包含错误信息，适用于返回值可能为 null 或错误指针的情况。