第37章 优化驱动稳定性和效率实验
第37章 优化驱动稳定性和效率实验
在Linux中应用程序运行在用户空间，应用程序错误之后，并不会影响其他程序的运行，而驱动工作在内核层，是内核代码的一部分，当驱动出现问题之后，可能会导致整个系统的崩溃。所以在驱动中，需要对各种判断、预处理等进行排查等，在本小节将对如何优化驱动稳定性和提高驱动效率进行学习。
37.1 方法一：检测ioctl命令
ioctl的cmd命令是由合成宏合成得到的，也有相应的分解宏得到各个参数，四个分解宏如下所示：
分解cmd命令，得到命令的类型：
_IOC_TYPE(cmd)
分解cmd命令，得到数据（args）的传输方向：
_IOC_DIR(cmd)
分解cmd命令，得到命令的序号：
_IOC_NR(cmd)
分解cmd命令，得到数据（args）的大小：
_IOC_SIZE(cmd)
可以在驱动中通过上述分解宏对传入的ioctl命令类型等参数进行判断，从而得到判断传入的参数是否正确，以此优化驱动的稳定性。
if(_IOC_TYPE(cmd) != 'L'){
printk("cmd type error \n");
return -1;
}
例如可以通过上述代码对传入参数的类型进行判断，如果传入的参数类型不为“L”,就返回错误，其他参数的检测方法相同。
37.2 方法二：检测传递地址是否合理
access_ok()函数
函数原型：
access_ok(addr,size);
函数作用：
检查用户空间内存块是否可用
参数含义：
addr : 用户空间的指针变量，其指向一个要检查的内存块开始处。
size : 要检查内存块的大小。
返回值：
成功返回1，失败返回0
以第35章的ioctl地址传参实验为例，对传入的args地址进行判断，具体代码如下所示：
struct args test;
int len;
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
len = sizeof(struct args);
if(!access_ok(arg,len)){
return -1;
}
if(copy_from_user(&test,(int *)arg,sizeof(test)) != 0){
printk("copy_from_user error\n");
}
break;
在第6行对传入的args参数地址进行判断，如果不合法则返回-1，从而保证了驱动运行的稳定性。
37.3 方法三：分支预测优化
现在的CPU都有ICache和流水线机制。即运行当前指令时，ICache会预读取后面的指令，从而提升效率。但是如果条件分支的结果是跳转到了其他指令，那预取下一条指令就浪费时间了。而本章节要用到的likely和unlikely宏，会让编译器总是将大概率执行的代码放在靠前的位置，从而提高驱动的效率。
likely和unlikely宏定义在“内核源码/include/linux/compiler.h”文件中，具体定义如下所示：
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
__builtin_expect的作用是告知编译器预期表达式exp等于c的可能性更大，编译器可以根据该因素更好的对代码进行优化，所以likely与unlikely的作用就是表达性x为真的可能性更大（likely）和更小（unlikely）。
这里以上一小节添加传递地址检测内容后的代码为例，对copy_from_user函数添加分支预测优化函数，添加完成如下所示：
struct args test;
int len;
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
len = sizeof(struct args);
if(!access_ok(arg,len)){
return -1;
}
if(unlikely(copy_from_user(&test,(int *)arg,sizeof(test)) != 0)){
printk("copy_from_user error\n");
}
break;
传递地址检测成功之后才会使用执行copy_from_user函数，在传递地址正确的前提下copy_from_user函数运行失败为小概率事件，所以这里使用unlikely函数进行驱动效率的优化。
至此，关于分支预测优化相关的知识就讲解完成了。
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