Linux 内核中的 percpu 指针是如何实现的

作者:编程家 分类: linux 时间:2025-06-25

Linux内核中的percpu指针是如何实现的?

在Linux内核中,percpu指针是一种特殊的指针类型,用于表示一块被称为percpu变量的内存区域。percpu变量是一种全局变量,但与普通全局变量不同的是,它可以被多个CPU同时访问,而不会引发竞争条件。

percpu变量的定义和使用

在Linux内核中,percpu变量的定义和使用相对比较简单。首先,需要引入头文件。然后,使用宏定义PER_CPU_VAR来定义percpu变量。例如,下面是一个定义了percpu整型变量的示例代码:

#include

DEFINE_PER_CPU(int, my_variable);

在上述代码中,my_variable被定义为一个percpu整型变量。可以通过使用get_cpu_var和put_cpu_var宏来访问和修改percpu变量的值,如下所示:

int cpu;

int *percpu_ptr;

cpu = get_cpu();

percpu_ptr = this_cpu_ptr(&my_variable);

*percpu_ptr = 42;

put_cpu();

在上述代码中,首先通过get_cpu函数获取当前CPU的编号,然后使用this_cpu_ptr宏获取当前CPU上my_variable的指针,并将其赋值给percpu_ptr。接下来,可以通过percpu_ptr来访问和修改percpu变量的值。最后,使用put_cpu函数释放当前CPU。

percpu指针的实现原理

在Linux内核中,percpu指针的实现依赖于两个关键机制:预处理器宏和GCC的扩展特性。

首先,预处理器宏用于根据编译器的支持情况选择不同的实现方式。例如,当使用GCC编译器时,使用__builtin_per_cpu_ptr宏来获取percpu变量的指针;而当使用其他编译器时,使用通用的实现方式。这样可以保证在不同的编译器下都能正确地使用percpu指针。

其次,GCC的扩展特性__attribute__((section("PER_CPU")))用于将percpu变量放置在独立的内存区域中。这样,每个CPU都可以拥有自己的percpu变量副本,避免了多个CPU之间的竞争条件。同时,GCC还提供了__percpu关键字,用于声明percpu变量。

案例代码

下面是一个简单的案例代码,演示了如何在Linux内核中使用percpu指针:

c

#include

DEFINE_PER_CPU(int, my_variable);

void my_function(void)

{

int *percpu_ptr;

percpu_ptr = this_cpu_ptr(&my_variable);

*percpu_ptr = 42;

}

void another_function(void)

{

int *percpu_ptr;

percpu_ptr = this_cpu_ptr(&my_variable);

printk(KERN_INFO "The value is %d\n", *percpu_ptr);

}

在上述代码中,my_function函数将percpu变量my_variable的值设置为42,而another_function函数则打印出percpu变量的值。

通过使用percpu指针,Linux内核可以实现多个CPU之间对全局变量的并发访问,而不会引发竞争条件。percpu指针的实现依赖于预处理器宏和GCC的扩展特性,通过将percpu变量放置在独立的内存区域中,每个CPU都可以拥有自己的变量副本。这为多核处理器的并发编程提供了方便和效率。