一篇文章明白Linux内核中Percpu变量的实现

从上图中我们可以看到,各种源文件中通过DEFINE_PER_CPU的方式,定义了很多percpu变量,这些变量根据vmlinux.lds.S中的相关定义,会被linker聚合在一起,然后放到最终vmlinux文件的,一个名叫.data..percpu的section里。

这些变量的地址也是被特殊处理过的,它们从零开始依次递增,这样一个变量的地址,就是该变量在整个vmlinux的.data..percpu区里的位置,有了这个位置,然后再知道某个cpu的percpu内存块的起始地址,就可以很方便的计算出该cpu对应的该变量的运行时内存地址。

linux内核在启动时,会先把vmlinux文件加载到内存中,然后根据cpu的个数,为每个cpu都分配一块用于存放percpu变量的内存区域,之后把vmlinux中的.data..percpu section里的内容,拷贝到各个cpu的percpu内存块的static区域里,最后将各percpu内存块的起始地址放到对应cpu的gs寄存器里。

到这里有关percpu变量的初始化工作就已经结束了。

当我们在访问percpu变量时,只需要将gs寄存器里的地址,加上我们想要访问的percpu变量的地址,就能得到在该cpu上,该percpu变量真实的内存地址。

有了这个地址,我们就可以方便的操作这个percpu变量了。

上图中重点描述的是那些,在内核编译期就已经确定的percpu变量,这些变量是静态的,是不会随着时间的推移而动态的增加或减少的,所以它们在内核初始化时,就直接被拷贝到了各个percpu内存块的static区。

除了这种静态percpu变量,还有另外两种percpu变量。

其中一种是内核模块中的静态percpu变量,它虽然也是在编译期就能确定的,但由于内核模块动态加载的特性,它不是完全静态的,内核为这种percpu变量在percpu内存块中单独开辟了一个区域,叫reserved区,当内核模块被加载到内存时,其静态percpu变量就会在这个区域分配内存。

另外一种percpu变量就是纯动态的percpu变量,它是在运行时动态分配的,它使用的内存是上图中的dynamic区。

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