Linux per_cpu 机制的详解

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Linux per_cpu机制的详解

针对IA64体系结构

在Linux操作系统中，特别是针对SMP或者NUMA架构的多CPU系统的时候，描述每个CPU的私有数据的时候，Linux操作系统提供了per_cpu机制。

per_cpu机制就是让每个CPU都有自己的私有数据段，便于保护与访问。

通过宏DEFINE_PER_CPU，定义这种私有数据，只不过这种私有数据放在特定的数据段中。
#define DEFINE_PER_CPU(type, name)     \
__attribute__((__section__(".data.percpu")))   \
PER_CPU_ATTRIBUTES __typeof__(type) per_cpu__##name
在GCC中__typeof__相当于typeof（检查数据类型），用__typeof__为了兼容性。

例如1：在Linux操作系统中，用于描述每个IA64CPU信息的数据结构的定义：
DEFINE_PER_CPU(struct cpuinfo_ia64, cpu_info);

例如2：描述每个CPU的状态的变量的定义：*
* State for each CPU
*/
DEFINE_PER_CPU(int, cpu_state);

系统如何为每个CPU保留这些私有数据的？
在start_kernel函数中调用执行函数setup_per_cpu_areas( )，setup_per_cpu_areas( )定义如下：
static void __init setup_per_cpu_areas(void)
{
unsigned long size, i;
char *ptr;
unsigned long nr_possible_cpus = num_possible_cpus();
/* Copy section for each CPU (we discard the original) */
size = ALIGN(PERCPU_ENOUGH_ROOM, PAGE_SIZE);
ptr = alloc_bootmem_pages(size * nr_possible_cpus);
for_each_possible_cpu(i) {
   __per_cpu_offset = ptr - __per_cpu_start;
   memcpy(ptr, __per_cpu_start, __per_cpu_end - __per_cpu_start);
   ptr += size;
         }
}
setup_per_cpu_areas( )的功能就是将.data.percpu中的数据拷贝到每个CPU的数据段中，每个CPU一份。
其中CPU n 对应的专有数据区的首地址为__per_cpu_offset[n]。

在Linux操作系统中，在系统启动的时候会生成以__per_cpu_start标识开头和__per_cpu_end标识结尾的数据段，在执行完函数 setup_per_cpu_areas( )后，将.data.percpu中的数据拷贝到每个CPU数据段后，这个数据段就会释放（free）掉。
.data.percpu定义如下（在arch/ia64/kernel/vmlinux.lds.S）：
{
   __per_cpu_start = .;
   *(.data.percpu)
   *(.data.percpu.shared_aligned)
   __per_cpu_end = .;
}

如何存取每个CPU的这些私有数据呢？
第一种方法：取制定cpu的制定变量
/*
* A percpu variable may point to a discarded regions. The following are
* established ways to produce a usable pointer from the percpu variable
* offset.
*/
#define per_cpu(var, cpu) \
(*SHIFT_PERCPU_PTR(&per_cpu_var(var), per_cpu_offset(cpu)))
 
#define SHIFT_PERCPU_PTR(__p, __offset) RELOC_HIDE((__p), (__offset))
                                                  
#define RELOC_HIDE(ptr, off)     \
   ({ unsigned long __ptr;     \
     __asm__ ("" : "=r"(__ptr) : "0"(ptr));   \
     (typeof(ptr)) (__ptr + (off)); })
     
第二种方法：取当前CPU的制定变量
#define __get_cpu_var(var) \
(*SHIFT_PERCPU_PTR(&per_cpu_var(var), my_cpu_offset))
第三种方法：读后写的方式读取当前CPU的制定变量
#define __raw_get_cpu_var(var) \
(*SHIFT_PERCPU_PTR(&per_cpu_var(var), __my_cpu_offset))