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Linux per-CPU實現分析

217 static DEFINE_PER_CPU(struct runqueue, runqueues);
11 #define DEFINE_PER_CPU(type, name)
12 __attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(type) per_cpu__##name
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首先,在arch/i386/kernel/vmlinux.lds中有

  /* will be freed after init */

  . = ALIGN(4096);		/* Init code and data */

  __init_begin = .;



  /* 此處省略若干行:) */

  

  . = ALIGN(32);

  __per_cpu_start = .;

  .data.percpu  : { *(.data.percpu) }

  __per_cpu_end = .;

. = ALIGN(4096); __init_end = .; /* freed after init ends here */

這說明__per_cpu_start和__per_cpu_end標識.data.percpu這個section的開頭和結尾
並且,整個.data.percpu這個section都在__init_begin和__init_end之間,
也就是說,該section所佔記憶體會在系統啟動後釋放(free)掉

因為有
#define DEFINE_PER_CPU(type, name)
__attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(type) per_cpu__##name

所以
static DEFINE_PER_CPU(struct runqueue, runqueues);
會擴充套件成
__attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(struct runqueue)
per_cpu__runqueues;
也就是在.data.percpu這個section中定義了一個變數per_cpu__runqueues,
其型別是struct runqueue。事實上,這裡所謂的變數per_cpu__runqueues,
其實就是一個偏移量,標識該變數的地址。

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其次,系統啟動後,在start_kernel()中會呼叫如下函式
unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS];



static void __init setup_per_cpu_areas(void)

{

	unsigned long size, i;

	char *ptr;

	/* Created by linker magic */

	extern char __per_cpu_start[], __per_cpu_end[];



	/* Copy section for each CPU (we discard the original) */

	size = ALIGN(__per_cpu_end - __per_cpu_start, SMP_CACHE_BYTES);

#ifdef CONFIG_MODULES

	if (size < PERCPU_ENOUGH_ROOM)

		size = PERCPU_ENOUGH_ROOM;

#endif



	ptr = alloc_bootmem(size * NR_CPUS);



	for (i = 0; i < NR_CPUS; i++, ptr += size) {

		__per_cpu_offset[i] = ptr - __per_cpu_start;

		memcpy(ptr, __per_cpu_start, __per_cpu_end - __per_cpu_start);

	}

}




在該函式中,為每個CPU分配一段專有資料區,並將.data.percpu中的資料拷貝到其中,
每個CPU各有一份。由於資料從__per_cpu_start處轉移到各CPU自己的專有資料區中了,
因此存取其中的變數就不能再用原先的值了,比如存取per_cpu__runqueues
就不能再用per_cpu__runqueues了,需要做一個偏移量的調整,
即需要加上各CPU自己的專有資料區首地址相對於__per_cpu_start的偏移量。
在這裡也就是__per_cpu_offset[i],其中CPU i的專有資料區相對於
__per_cpu_start的偏移量為__per_cpu_offset[i]。
這樣,就可以方便地計算專有資料區中各變數的新地址,比如對於per_cpu_runqueues,
其新地址即變成per_cpu_runqueues+__per_cpu_offset[i]。

經過這樣的處理,.data.percpu這個section在系統初始化後就可以釋放了。

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再看如何存取per cpu的變數
/* This macro obfuscates arithmetic on a variable address so that gcc

   shouldn't recognize the original var, and make assumptions about it */

#define RELOC_HIDE(ptr, off)					

  ({ unsigned long __ptr;					

    __asm__ ("" : "=g"(__ptr) : "0"(ptr));		

    (typeof(ptr)) (__ptr + (off)); })



/* var is in discarded region: offset to particular copy we want */

#define per_cpu(var, cpu) (*RELOC_HIDE(&per_cpu__##var, __per_cpu_offset[cpu]))

#define __get_cpu_var(var) per_cpu(var, smp_processor_id())



#define get_cpu_var(var) (*({ preempt_disable(); &__get_cpu_var(var); }))




對於__get_cpu_var(runqueues),將等效地擴充套件為
__per_cpu_offset[smp_processor_id()] + per_cpu__runqueues
並且是一個lvalue,也就是說可以進行賦值操作。
這正好是上述per_cpu__runqueues變數在對應CPU的專有資料區中的新地址。

由於不同的per cpu變數有不同的偏移量,並且不同的CPU其專有資料區首地址不同,
因此,通過__get_cpu_var()便訪問到了不同的變數。

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