多核中percpu的数据分配

最新推荐文章于 2025-09-03 15:09:32 发布

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#alignment #search #struct #linux #each #gcc

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本文介绍了Linux 2.6内核中per-CPU数据管理机制，包括如何定义和操作每个CPU特有的数据变量，以及如何分配和释放这些数据。文章详细解释了关键宏和函数的用法，如DEFINE_PER_CPU、alloc_percpu和free_percpu等。

linux2.6 为了方便创建和操作每个CPU数据，引进了新的操作接口，percpu（），该接口简化了创建了操作每个CPU的数据。

定义于<linux/percpu.h> 和<mm/slab.c> 中

1. 定义和声明每个CPU变量：

DEFINE_PER_CPU(type, name);

这语句为系统的每个CPU都创建了一个类型为type，名字为name的变量。

如果需要在别处声明此变量，以防编译时的警告，可使用下面的宏：

DECLARE_PER_CPU(type, name);

2. 操作每个CPU的变量和指针：
get_cpu_var(name); //返回当前处理器上的指定变量name的值, 同时将他禁止抢占；

put_cpu_var(name); //与get_cpu_var(name)相对应，重新激活抢占；

/*
 * Must be an lvalue. Since @var must be a simple identifier,
 * we force a syntax error here if it isn't.
 */
#define get_cpu_var(var) (*({				\
	preempt_disable();				\
	&__get_cpu_var(var); }))

/*
 * The weird & is necessary because sparse considers (void)(var) to be
 * a direct dereference of percpu variable (var).
 */
#define put_cpu_var(var) do {				\
	(void)&(var);					\
	preempt_enable();				\
} while (0)

通过指针来操作每个CPU的数据：

get_cpu_ptr(var); --- 返回一个void类型的指针，指向CPU ptr处的数据

put_cpu_ptr(var); --- 操作完成后，重新激活内核抢占。

#define get_cpu_ptr(var) ({				\
	preempt_disable();				\
	this_cpu_ptr(var); })

#define put_cpu_ptr(var) do {				\
	(void)(var);					\
	preempt_enable();				\
} while (0)

3. 获得别的处理器上的name变量的值

per_cpu(name, cpu) ; //返回别的处理器cpu上变量name的值；

4. 给系统中每个处理器分配一个指定类型的对象： alloc_percpu();

#define alloc_percpu(type)	\
	(typeof(type) __percpu *)__alloc_percpu(sizeof(type), __alignof__(type))

/**
 * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
 * @size: size of area to allocate in bytes
 * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
 *
 * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.
 * Might sleep.  Might trigger writeouts.
 *
 * CONTEXT:
 * Does GFP_KERNEL allocation.
 *
 * RETURNS:
 * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
 */
void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
{
	return pcpu_alloc(size, align, false);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);

参数为type, 就是指定的需要分配的类型，通过类型，可以得出__alloc_percpu（）的两个参数：

size = sizeof(type);

align = __alignof__(type);

__alignof__()是gcc的一个功能，它会返回指定类型或lvalue所需的对齐字节数。

相应的释放所有处理器上指定的每个CPU数据：free_percpu();

/**
 * free_percpu - free percpu area
 * @ptr: pointer to area to free
 *
 * Free percpu area @ptr.
 *
 * CONTEXT:
 * Can be called from atomic context.
 */
void free_percpu(void __percpu *ptr)
{
	void *addr;
	struct pcpu_chunk *chunk;
	unsigned long flags;
	int off;

	if (!ptr)
		return;

	addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);

	spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);

	chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
	off = addr - chunk->base_addr;

	pcpu_free_area(chunk, off);

	/* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
	if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
		struct pcpu_chunk *pos;

		list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
			if (pos != chunk) {
				schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
				break;
			}
	}

	spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);

5. get_cpu()/put_cpu() --- 获得处理器编号

get_cpu() 在返回当前处理器编号之前，先回关闭内核抢占。

put_cpu() 重新打开内核抢占。

函数定义如下：

#define get_cpu()		({ preempt_disable(); smp_processor_id(); })
#define put_cpu()		preempt_enable()

使用案例如下：

int cpu;

cpu = get_cpu();   //禁止抢占内核，并将CPU设置为当前处理器。

//对每个处理器的数据进行操作，

put_cpu();   //使能内核抢占