linux核心中的每cpu變數

一、linux中的每cpu變數

看linux核心**的時候，會發現大量的per_cpu(name, cpu)，get_cpu_var(name)等出現cpu字眼的語句。從語句的意思可以看出是要使用與當前cpu相關的乙個變數，不過檢視這個變數的定義，總是有這樣乙個巨集：define_per_cpu(type, name)，將這個巨集展開成下面的語句：

__attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(type) per_cpu__##name

，這個語句就是在.data.percpu段中定義type型別的per_cpu##name變數。看到這裡，我就不明白了，既然只是在乙個段中定義了乙個變數，那為什麼每個cpu都有乙個這樣的變數呢？

二、linux中的每cpu變數的實現

這應該算是linux核心產生每cpu變數的乙個技巧吧！首先我們來看下鏈結linux核心的鏈結指令碼，這個指令碼主要用來控制gcc怎樣鏈結linux中的各個段並最終產生linux核心映像檔案的，不明白鏈結指令碼的可以到網上搜下，大把的資料。這個指令碼檔案叫vmlinux.lds.s，放在arch/i386/kernel目錄中，在這個檔案中有下面一段**：

__per_cpu_start =.;
.data.percpu : 
__per_cpu_end = .;

這段**定義了兩個符號，分別是__per_cpu_start和_per_cpu_end，它們標識了段data.percpu的起始和結束位址。而段.data.percpu是通過各個物件檔案中的.data.percpu段合併起來的，也就是說前面我們定義的per_cpu##name變數終止都會放在.data.percpu段中，而這個段的起始位址和結束位址分別是__per_cpu_start和_per_cpu_end。到了這一步，貌似還是沒有看出per_cpu##name變數怎麼會對每個cpu都有乙個。

在linux初始化的時候，會呼叫函式setup_per_cpu_areas來真正的把per_cpu##name變數賦值給每個cpu，具體**如下：

static
void __init setup_per_cpu_areas(void)}
#endif /* !__generic_per_cpu */

**中引用了由鏈結器產生的變數__per_cpu_start和 __per_cpu_end，在它們之間的記憶體空間存放了所有的每cpu變數，總大小為size。然後核心通過alloc_bootmem給每個cpu都分配了乙個這麼大小的記憶體空間。下面的for迴圈把__per_cpu_start和 __per_cpu_end之間的所有cpu變數拷貝乙份到每個cpu對應的記憶體空間中，並用__per_cpu_offset[i]來存放第i個cpu對應的每cpu變數的起始位址。

不過為什麼__per_cpu_offset[i]存放的是ptr - __per_cpu_start，而不是ptr，原因很簡單，當我們用per_cpu##name來訪問某個cpu上的每cpu變數時，我們應該這樣訪問：獲取該cpu對應每cpu變數的起始位址+per_cpu##name的偏移量。我們現在展開巨集per_cpu(var, cpu)：

*（&per_cpu__##var + __per_cpu_offset[cpu]）=*（ptr+&per_cpu__##var- __per_cpu_start）

這樣就訪問了在cpu上的var變數了。

三、每cpu變數的作用

從上面可以看出，為了定義乙個變數，繞了乙個很大的彎，為什麼要定義這樣的每cpu變數？這其實和linux內部的同步有關，因為如果我們把變數定義成所有cpu都可以訪問的，那麼就必須用同步機制來保證cpu對這個變數的互斥訪問，很明顯這是要花費時間的，linux核心為了能夠減少這種時間開銷，就在每個cpu都定義了乙個一模一樣的變數，這樣每個cpu都使用自己的變數，而不會去訪問其它cpu上的變數，也就沒有了同步的開銷。不過在使用每cpu變數時，必須保證禁用核心搶占。因為核心搶占還是會使每cpu變數產生競爭條件，例如乙個核心控制路徑獲得了它的每cpu變數本地副本的位址，然後它又被搶占跑到另乙個cpu上去了，但仍然使用原來cpu上的每cpu變數。

linux核心中的每cpu變數

linux核心中的每cpu變數

每 CPU 的變數

每 CPU 的變數

linux核心中的每cpu變數

linux核心中的每cpu變數

每 CPU 的變數

每 CPU 的變數

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