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
13

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所占內存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);
會擴展成
__attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(struct runqueue)
per_cpu__runqueues;
也就是在.data.percpu這個section中定義了一個變量per_cpu__runqueues，
其類型是struct runqueue。事實上，這裡所謂的變量per_cpu__runqueues，
其實就是一個偏移量，標識該變量的地址。

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其次，系統啟動後，在start_kernel()中會調用如下函數

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);

 }

}

在該函數中，為每個CPU分配一段專有數據區，並將.data.percpu中的數據拷貝到其中，每個CPU各有一份。由於數據從__per_cpu_start處轉移到各CPU自己的專有數據區中了，因此存取其中的變量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自己的專有數據區首地址相對於__per_cpu_start的偏移量。
在這裡也就是__per_cpu_offset[i]，其中CPU i的專有數據區相對於__per_cpu_start的偏移量為__per_cpu_offset[i]。
這樣，就可以方便地計算專有數據區中各變量的新地址，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的變量

/* 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)，將等效地擴展為
__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變量在對應CPU的專有數據區中的新地址。

由於不同的per cpu變量有不同的偏移量，並且不同的CPU其專有數據區首地址不同，
因此，通過__get_cpu_var()便訪問到了不同的變量。

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