kernel中的per_cpu变量

per-cpu 变量的引入有效的解决了SMP系统中处理器对锁得竞争，每个cpu只需访问自己的本地变量。本文阐述了per-cpu变量在2.6内核上的实现和相关操作。

在系统编译阶段我们就手工的定义了一份所有的per-cpu变量，这些变量的定义是通过宏DEFINE_PER_CPU实现的：

11 #define DEFINE_PER_CPU(type, name) \
  12 __attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(type) per_cpu__##name

从上面的代码我们可以看出，手工定义的所有per-cpu变量都是放在.data.percpu段的。注意上面的宏只是在SMP体系结构下才如此定义。如果不是SMP结构的计算机那么只是简单的把所有的per-cpu变量放到全局变量应该放到的地方。

单CPU的per-cpu变量定义：

27 #else /* ! SMP */
  28
  29 #define DEFINE_PER_CPU(type, name) \
  30 __typeof__(type) per_cpu__##name

在了解了上述代码后，我们还必须弄清楚一点：单CPU的计算机中使用的per-cpu变量就是通过上述宏定义的放在全局数据区的per-cpu变量。而在SMP体系结构中，我们使用却不是放在.data.percpu段的变量，设想一下如果使用这个变量，那么应该哪个CPU使用呢？事实上，SMP下，每个cpu使用的都是在.data.percpu段中的这些per-cpu变量的副本，有几个cpu就创建几个这样的副本。

在系统初始化期间，start_kernel()函数中调用setup_per_cpu_areas（）函数，用于为每个cpu的per-cpu变量副本分配空间，注意这时alloc内存分配器还没建立起来，该函数调用alloc_bootmem函数为初始化期间的这些变量副本分配物理空间。

332 static void __init setup_per_cpu_areas(void)
     /* */
 333 {
 334 unsigned long size, i;
 335 char *ptr;
 336
 337 /* Copy section for each CPU (we discard the original) */
 338 size = ALIGN(__per_cpu_end - __per_cpu_start, SMP_CACHE_BYTES);
 339 #ifdef CONFIG_MODULES
 340 if (size < PERCPU_ENOUGH_ROOM)
 341 size = PERCPU_ENOUGH_ROOM;
 342 #endif
 343
 344 ptr = alloc_bootmem(size * NR_CPUS);
 345
 346 for (i = 0; i < NR_CPUS; i++, ptr += size) {
 347 __per_cpu_offset[i] = ptr - __per_cpu_start;
 348 memcpy(ptr, __per_cpu_start, __per_cpu_end - __per_cpu_start);
 349 }
 350 }
 351 #endif /* !__GENERIC_PER_CPU */

上述函数，在分配好每个cpu的per-cpu变量副本所占用的物理空间的同时，也对__per_cpu_offset[NR_CPUS]数组进行了初始化用于以后找到指定CPU的这些per-cpu变量副本。

 

15 #define per_cpu(var, cpu) (*RELOC_HIDE(&per_cpu__##var, __per_cpu_offset[cpu]))
  16 #define __get_cpu_var(var) per_cpu(var, smp_processor_id())

这两个宏一个用于获得指定cpu的per-cpu变量，另一个用于获的本地cpu的per-cpu变量，可以自己分析一下。