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）） Linux SMP 启动过程学习笔记Linux内核中添加新的系统调用相关资讯 Linux知识

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