Разработка ядра Linux

Лав Роберт

Аналогия между дебатами лилипутов и спорами о том, какой порядок байтов лучше, говорит о том, что это вопрос больше политический, чем технический.

Порядок байтов в ядре

Для каждой аппаратной платформы, которая поддерживается ядром Linux, в файле

<asm/byteorder.h>

определена одна из двух констант

__BIG_ENDIAN

или

__LITTLE_ENDIAN

, в соответствии с используемым порядком байтов.

В этот заголовочный файл также включаются макросы из каталога

include/linux/byteorder/

, которые помогают конвертировать один порядок байтов в другой. Ниже показаны наиболее часто используемые макросы.

u32 __cpu_to_be32(u32); /*

преобразовать порядок байтов текущего

процессора в порядок big-endian */

u32 __cpu_to_le32(u32); /* преобразовать порядок байтов текущего

процессора в порядок little-endian */

u32 __be32_to_cpu(u32); /* преобразовать порядок байтов big-endian в

порядок байтов текущего процессора */

u32 __lе32_to_cpu(u32); /* преобразовать порядок байтов little-endian

в порядок байтов текущего процессора */

Эти макросы выполняют преобразование одного порядка байтов в другой. В случае когда порядки байтов, между которыми выполняется преобразование, одинаковы (например, если выполняется преобразование в обратный порядку байтов и процессор тоже использует такой же порядок), то эти макросы не делают ничего. В противном случае возвращается преобразованное значение.

Таймер

Никогда нельзя привязываться к какой-либо конкретной частоте генерации прерывания системного таймера и, соответственно, к тому, сколько раз в секунду изменяется переменная

jiffies

. Всегда необходимо использовать константу

HZ

, чтобы корректно определять интервалы времени. Это очень важно, потому что значение частоты системного таймера может отличаться не только для разных аппаратных платформ, но и для одной аппаратной платформы при использовании разных версий ядра.

Например, константа

HZ

для аппаратной платформы x86 сейчас равна 1000. Это значит, что прерывание таймера возникает 1000 раз в секунду, или каждую миллисекунду. Однако до серии ядер 2.6 для аппаратной платформы x86 значение константы

HZ

было равно 100. Для разных аппаратных платформ эти значения отличаются: для аппаратной платформы alpha константа

HZ

равна 1024, а для платформы ARM — 100.

Никогда нельзя сравнивать значение переменной

jiffies

с числом, таким как 1000, и думать, что это всегда будет означать одно и то же. Для получения интервалов времени необходимо всегда умножать или делить на константу

HZ

, как в следующем примере.

HZ /* одна секунда */

(2*HZ) /* две секунды */

(HZ/2) /* полсекунды */

(HZ/100) /* 10 мс */

(2*HZ/100) /* 20 мс */

Константа

HZ

определена в файле

<asm/param.h>

. Об этом подробно рассказано в главе 10, "Таймеры и управление временем".

Размер страницы памяти

При работе со страницами памяти никогда нельзя привязываться к конкретному размеру страницы. Программисты, которые разрабатывают для аппаратной платформы x86, часто делают ошибку, считая, что размер страницы всегда равен 4 Кбайта. Хотя это справедливо для платформы x86, для других аппаратных платформ размер станицы может быть другим. Некоторые аппаратные платформы поддерживают несколько размеров страниц! В табл. 19.1 приведен список размеров страниц памяти для всех поддерживаемых аппаратных платформ.

Таблица 19.4. Размеры страниц памяти для разных аппаратных платформ

Аппаратная платформа	Значение PAGE_SHIFT	Значение PAGE_SIZE
alpha	13	8 Кбайт
arm	12, 14, 15	4 Кбайт, 16 Кбайт, 32 Кбайт
cris	13	8 Кбайт
h8300	12	4 Кбайт
i386	12	4 Кбайт
ia64	12, 13, 14, 16	4 Кбайт, 8 Кбайт, 32 Кбайт, 64 Кбайт
m68k	12, 13	4 Кбайт, 8 Кбайт
m86knommu	12	4 Кбайт
mips	12	4 Кбайт
mips64	12	4 Кбайт
parisc	12	4 Кбайт
ppc	12	4 Кбайт
ppc64	12	4 Кбайт
s390	12	4 Кбайт
sh	12	4 Кбайт
spare	12,13	4 Кбайт, 8 Кбайт
sparc64	13	8 Кбайт
v850	12	4 Кбайт
x86_64	12	4 Кбайт

При работе со страницами памяти необходимо использовать константу

PAGE_SIZE

, которая содержит размер страницы памяти в байтах.

Значение макроса

PAGE_SHIFT

— это количество битов, на которое необходимо сдвинуть влево значение адреса, чтобы получить номер соответствующей страницы памяти. Например, для аппаратной платформы x86, для которой размер страницы равен 4 Кбайт, макрос

PAGE_SIZE

равен 4096, а макрос

PAGE_SHIFT

— 12. Эти значения содержатся в заголовочном файле

<asm/page.h>

.

Порядок выполнения операций процессором

Вспомните из материала главы 9, "Средства синхронизации в ядре", что для различных аппаратных платформ процессоры в разной степени изменяют порядок выполнения программных инструкций. Для некоторых процессоров порядок выполнения операций строго соблюдается, запись данных в память и считывание данных из памяти выполняются в строго указанном в программе порядке. Другие процессоры имеют ослабленные требования к порядку выполнения операций считывания и записи данных и могут изменять порядок выполнения этих операций с целью оптимизации.

Если код зависит от порядка выполнения операций чтения-записи данных, то необходимо гарантировать, что даже процессор с самыми слабыми ограничениями на порядок выполнения чтения-записи будет выполнять эти операции в правильном порядке. Это делается с помощью соответствующих барьеров, таких как

rmb

и

wmb

. Более подробная информация приведена в главе 9, "Средства синхронизации в ядре".

Многопроцессорность, преемптивность и верхняя память