.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst :Original: Documentation/core-api/local_ops.rst :翻译: 司延腾 Yanteng Si .. _cn_local_ops: ======================== 本地原子操作的语义和行为 ======================== :作者: Mathieu Desnoyers 本文解释了本地原子操作的目的，如何为任何给定的架构实现这些操作，并说明了 如何正确使用这些操作。它还强调了在内存写入顺序很重要的情况下，跨CPU读取 这些本地变量时必须采取的预防措施。 .. note:: 注意，基于 ``local_t`` 的操作不建议用于一般内核操作。请使用 ``this_cpu`` 操作来代替使用，除非真的有特殊目的。大多数内核中使用的 ``local_t`` 已 经被 ``this_cpu`` 操作所取代。 ``this_cpu`` 操作在一条指令中结合了重 定位和类似 ``local_t`` 的语义，产生了更紧凑和更快的执行代码。 本地原子操作的目的 ================== 本地原子操作的目的是提供快速和高度可重入的每CPU计数器。它们通过移除LOCK前 缀和通常需要在CPU间同步的内存屏障，将标准原子操作的性能成本降到最低。 在许多情况下，拥有快速的每CPU原子计数器是很有吸引力的：它不需要禁用中断来保护中 断处理程序，它允许在NMI（Non Maskable Interrupt）处理程序中使用连贯的计数器。 它对追踪目的和各种性能监测计数器特别有用。 本地原子操作只保证在拥有数据的CPU上的变量修改的原子性。因此，必须注意确保只 有一个CPU写到 ``local_t`` 的数据。这是通过使用每CPU的数据来实现的，并确 保我们在一个抢占式安全上下文中修改它。然而，从任何一个CPU读取 ``local_t`` 数据都是允许的：这样它就会显得与所有者CPU的其他内存写入顺序不一致。 针对特定架构的实现 ================== 这可以通过稍微修改标准的原子操作来实现：只有它们的UP变体必须被保留。这通常 意味着删除LOCK前缀（在i386和x86_64上）和任何SMP同步屏障。如果架构在SMP和 UP之间没有不同的行为，在你的架构的 ``local.h`` 中包括 ``asm-generic/local.h`` 就足够了。 通过在一个结构体中嵌入一个 ``atomic_long_t`` ， ``local_t`` 类型被定义为 一个不透明的 ``signed long`` 。这样做的目的是为了使从这个类型到 ``long`` 的转换失败。该定义看起来像:: typedef struct { atomic_long_t a; } local_t; 使用本地原子操作时应遵循的规则 ============================== * 被本地操作触及的变量必须是每cpu的变量。 * *只有* 这些变量的CPU所有者才可以写入这些变量。 * 这个CPU可以从任何上下文（进程、中断、软中断、nmi...）中使用本地操作来更新 它的local_t变量。 * 当在进程上下文中使用本地操作时，必须禁用抢占（或中断），以确保进程在获得每 CPU变量和进行实际的本地操作之间不会被迁移到不同的CPU。 * 当在中断上下文中使用本地操作时，在主线内核上不需要特别注意，因为它们将在局 部CPU上运行，并且已经禁用了抢占。然而，我建议无论如何都要明确地禁用抢占， 以确保它在-rt内核上仍能正确工作。 * 读取本地cpu变量将提供该变量的当前拷贝。 * 对这些变量的读取可以从任何CPU进行，因为对 “ ``long`` ”，对齐的变量的更新 总是原子的。由于写入程序的CPU没有进行内存同步，所以在读取 *其他* cpu的变 量时，可以读取该变量的过期副本。 如何使用本地原子操作 ==================== :: #include #include static DEFINE_PER_CPU(local_t, counters) = LOCAL_INIT(0); 计数器 ====== 计数是在一个signed long的所有位上进行的。 在可抢占的上下文中，围绕本地原子操作使用 ``get_cpu_var()`` 和 ``put_cpu_var()`` ：它确保在对每个cpu变量进行写访问时，抢占被禁用。比如 说:: local_inc(&get_cpu_var(counters)); put_cpu_var(counters); 如果你已经在一个抢占安全上下文中，你可以使用 ``this_cpu_ptr()`` 代替:: local_inc(this_cpu_ptr(&counters)); 读取计数器 ========== 那些本地计数器可以从外部的CPU中读取，以求得计数的总和。请注意，local_read 所看到的跨CPU的数据必须被认为是相对于拥有该数据的CPU上发生的其他内存写入来 说不符合顺序的:: long sum = 0; for_each_online_cpu(cpu) sum += local_read(&per_cpu(counters, cpu)); 如果你想使用远程local_read来同步CPU之间对资源的访问，必须在写入者和读取者 的CPU上分别使用显式的 ``smp_wmb()`` 和 ``smp_rmb()`` 内存屏障。如果你使 用 ``local_t`` 变量作为写在缓冲区中的字节的计数器，就会出现这种情况：在缓 冲区写和计数器增量之间应该有一个 ``smp_wmb()`` ，在计数器读和缓冲区读之间 也应有一个 ``smp_rmb()`` 。 下面是一个使用 ``local.h`` 实现每个cpu基本计数器的示例模块:: /* test-local.c * * Sample module for local.h usage. */ #include #include #include static DEFINE_PER_CPU(local_t, counters) = LOCAL_INIT(0); static struct timer_list test_timer; /* IPI called on each CPU. */ static void test_each(void *info) { /* Increment the counter from a non preemptible context */ printk("Increment on cpu %d\n", smp_processor_id()); local_inc(this_cpu_ptr(&counters)); /* This is what incrementing the variable would look like within a * preemptible context (it disables preemption) : * * local_inc(&get_cpu_var(counters)); * put_cpu_var(counters); */ } static void do_test_timer(unsigned long data) { int cpu; /* Increment the counters */ on_each_cpu(test_each, NULL, 1); /* Read all the counters */ printk("Counters read from CPU %d\n", smp_processor_id()); for_each_online_cpu(cpu) { printk("Read : CPU %d, count %ld\n", cpu, local_read(&per_cpu(counters, cpu))); } mod_timer(&test_timer, jiffies + 1000); } static int __init test_init(void) { /* initialize the timer that will increment the counter */ timer_setup(&test_timer, do_test_timer, 0); mod_timer(&test_timer, jiffies + 1); return 0; } static void __exit test_exit(void) { timer_shutdown_sync(&test_timer); } module_init(test_init); module_exit(test_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Mathieu Desnoyers"); MODULE_DESCRIPTION("Local Atomic Ops");