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post |
Linux內核25-Per-CPU變量 |
Per-CPU變量的設計思想及使用場景 |
2020-04-02 |
Tupelo Shen |
img/post-bg-unix-linux.jpg |
true |
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在前面的文章中我們已經學習了內核同步的一些基本概念，爲什麼需要內核同步 其實，最好的同步手段在於設計階段就要儘量避免同步的需求。因爲，畢竟同步的實現都是需要犧牲系統性能的。
既然多核系統中，CPU之間訪問共享數據需要同步，那麼最簡單和有效的同步技術就是爲每個CPU聲明自己的變量，這樣就減少了它們的耦合性，降低了同步的可能性。
使用場景：
一個CPU訪問自己專屬的變量，而無需擔心其它CPU訪問而導致的競態條件。這意味着，per-CPU變量只能在特定情況下使用，比如把數據進行邏輯劃分，然後分派給各個CPU的時候。
因爲這些per-CPU變量全部元素都存儲在內存上，所有的數據結構都會落在Cache的不同行上。所以，訪問這些per-CPU變量不會導致對Cache行進行窺視（snoop）和失效（invalidate）操作，它們都對系統性能有很大的犧牲。
缺點：
-
儘管，
per-CPU變量保護了來自多個CPU的併發訪問，但是無法阻止異步訪問（比如，中斷處理程序和可延時函數）。這時候，就需要其它同步技術了。 -
此外，不管是單核系統還是多核系統，
per-CPU變量都易於受到內核搶佔所導致的競態條件的影響。一般來說，內核控制路徑訪問每個CPU變量的時候，應該禁用內核搶佔。假設，內核控制路徑獲得一個per-CPU變量的拷貝的地址，然後被轉移到其它CPU上運行，這個值就可能會被其它CPU修改。
表5-3 列出了操作per-CPU變量的函數和宏
| 函數 | 描述 |
|---|---|
| DEFINE_PER_CPU(type, name) | 靜態分配一個per-CPU數組 |
| per_cpu(name, cpu) | 選擇元素 |
| __get_cpu_var(name) | 選擇元素 |
| get_cpu_var(name) | 禁止內核搶佔，選擇元素 |
| put_cpu_var(name) | 使能內核搶佔 |
| alloc_percpu(type) | 動態分配一個per-CPU數組 |
| free_percpu(pointer) | 釋放動態分配的數組 |
| per_cpu_ptr(pointer, cpu) | 返回某個元素的地址 |