机制引入的内核态访问用户态地址空间的问题分析)
在Linux系统中，当涉及到用户态和内核态数据拷贝的时候，如果不考虑建立kernel space和user space的共享映射实现的零拷贝情况（内核和用户态各自映射，持有同一个BUF的不同指针的情况），一般是调用copy_from_user/copy_to_user/put_user/get_user几组宏来实现的。在早些时候，对于内核中访问的用户态指针非法（没有VMA区域）或者缺页（有VMA但是MMU没有建表映射）两种情况，在函数实现中使用修复表进行处理，修复表寄生在PAGE FAULT执行流程中，第一种情况下修复表会返回错误码，第二种情况则通过page fault流程建立到物理PFN的映射，接着返回到触发FAULT的指令重新执行，指令自然成功完成，否则，再进入修复表流程进行错误处理。而对于合法的已映射的用户态指针，则直接在内核中访问即可。所以，从内核中可以直接访问当前进程的用户空间，使用的虚拟地址也与当前进程处于用户空间时的地址完全相同。反之（用户空间访问内核空间指针）则不允许。
但是这个结论似乎在运行最新linux的 x86 平台上遇到了反例，即便在内核中访问合法的用户态地址，也会被禁止，做个实验：
在设备驱动中直接读取用户态传递下来的buf指针的内容：
运行用户态用例，发现测试进程被KILL，内核报告permission违例。
仔细分析出错LOG，发现出错原因是#PF: error_code(0x0001) -permissions violation，许可违例。分析现场，发现出错地址0x7ffc922277b0和内核report的fault地址是一致的，并且，此虚拟地址对应的四级页表都有映射（PGD 23144d067 P4D 23144d067 PUD 2315d8067 PMD 23b0e9067 PTE, P4D和PGD重合)。也就是说，被访问的虚拟地址既不是非法地址，页表也没有缺页，它是一个合法的用户态地址，按照本文开头的分析结论，此地址应该能够被内核安全访问才对，但是却报错了。
原因分析：
出现这个问题的原因和硬件架构和内核版本都有关系，最根本的原因是CPU硬引入了一个新的功能引起的，在最新的X86处理器的CR4寄存器中，引入了SMEP和SMAP 控制BIT，用来配置内核对用户态地址空间的访问权限。SMAP(Supervisor Mode Access Prevention)是Intel从Haswell微架构开始引入的一种新特征,它在CR4寄存器上引入一个新标志位SMAP,如果这个标志为1,内核访问用户进程的地址空间时就会触发一个页错误,目的是为了防止内核因为自身错误意外访问用户空间,这样就可以避免一些内核漏洞所导致的安全问题.但是由于内核在有些时候仍然需要访问用户空间,因此intel提供了两条指令STAC和CLAC用于临时打开/关闭这个功能,反复使用STAC和CLAC会带来一些轻微的性能损失,但考虑到增加的安全性,还是建议开启.
SMEP：位于Cr4的第20位，作用是让处于内核权限的CPU无法执行用户代码.作用是阻止内核执行用户页。无法执行用户空间。
SMAP：位于Cr4的第21位，作用是让处于内核权限的CPU无法读写用户代码.作用是阻止内核对所有用户页的数据读写访问，无论该页存的是代码还是数据。无法读写用户空间。
可以通过如下命令查看CPU是否支持smap功能,如下图所示，我的8核处理器每个核心都支持SMAP。
$ sudo cpuid|grep -i smap另一台12核AMD处理器SMAP支持情况
启动不支持SMAP虚拟机系统（通过传入QEMU命令限制VCPU的能力）,所以在虚拟机中进行内核直接访问用户态指针的测试是成功的。
内核中有配置选项CONFIG_X86_SMAP用来启用或者关闭SMAP功能，默认情况下是打开的.
那么为什么通过copy_from_user/put_user宏可以安全访问用户态指针呢？
以get_user为例，其它宏定义实现类似，在get_user的核心实现__get_user_1中，在进行真正的用户态指针访问前后，程序调用了ASM_STAC/ASM_CLAC去打开/关闭内核访问用户地址空间权限的功能：
并且在标号1处的修正表实现中也调用了CLAC指令对SMAP功能进行了控制,所以get_user才能安全地访问用户地址空间。
