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percpu.md

File metadata and controls

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Per-CPU

  • 对于给定处理器，Per-CPU的数据是唯一的。
  • 虽然访问 Per-CPU 数据不需要锁同步，但是禁止内核抢占还是需要的，防止出现伪并发。
  • get_cpu() 和 put_cpu() 包含了对内核抢占的禁用和重新激活。
  • 2.6 Per-CPU 相关文件：
    • include/linux/percpu.h
    • arch/x86/include/asm/percpu.h
    • include/linux/percpu-defs.h
    • mm/slab.c
    • mm/percpu.c

编译时 Per-CPU 数据

  • 声明 Per-CPU 变量 
    DECLARE_PER_CPU(type, name)
  • 定义 Per-CPU 变量 
    DEFINE_PER_CPU(type, name)
  • get_cpu_var(var)，put_cpu_var(var)和per_cpu(name, cpu)宏 
    #define per_cpu(var, cpu)   (*per_cpu_ptr(&(var), cpu))

/*
 * 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();                      \
    this_cpu_ptr(&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)
...'

注意

  • per_cpu(name, cpu)既不禁止抢占，也不提供锁保护。

    Another subtle note:These compile-time per-CPU examples do not work for modules because the linker actually creates them in a unique executable section (for the curious, .data.percpu ). If you need to access per-CPU data from modules, or if you need to create such data dynamically, there is hope.

运行时 Per-CPU 数据

  • 运行时创建和释放Per-CPU接口 
    void *alloc_percpu(type); /* a macro */
void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align);
void free_percpu(const void *);
  • __alignof__ 是gcc的一个功能，它返回指定类型或 lvalue 所需的（或建议的，要知道有些古怪的体系结构并没有字节对齐的要求） 对齐 字节数。
    • 如果指定一个 lvalue，那么将返回 lvalue 的最大对齐字节数。
  • 使用运行时的 Per-CPU 数据 
    get_cpu_var(ptr); /* return a void pointer to this processor’s copy of ptr */
put_cpu_var(ptr); /* done; enable kernel preemption */

使用 Per-CPU 数据的原因

  • 减少数据锁定
    • 记住“只有这个处理器能访问这个数据”的规则是编程约定。
    • 并不存在措施禁止你从事欺骗活动。
    • 有越界的可能？
  • 大大减少缓存失效
    • 失效发生在处理器试图使它们的缓存保持同步时。
      • 如果一个处理器操作某个数据，而该数据又存放在其他处理器缓存中，那么存放该数据的那个处理器必须清理或刷新自己的缓存。
      • 持续不断的缓存失效称为 缓存抖动。这样对系统性能影响颇大。
    • 使用 Per-CPU 将使得缓存影响降至最低，因为理想情况下只会访问自己的数据。
    • percpu 接口 cache-align 所有数据，以便确保在访问一个处理器的数据时，不会将另一个处理器的数据带入同一个cache line上。
  • 注意：不能在访问 Per-CPU 数据过程中睡眠，否则，醒来可能在其他CPU上。
  • Per-CPU 的新接口并不兼容之前的内核。

Per-CPU 的原理

Per-CPU 的延申阅读