网上做室内设计的网站,wordpress远程发布文章,线上推广引流,100简单大气的科技公司名字Linux内核采用的是GCC编译器#xff0c;GCC编译器除了支持ANSI C#xff0c;还支持GNU C。在Linux内核中#xff0c;许多地方都使用了GNU C语言的扩展特性#xff0c;如typeof、__attribute__、__aligned、__builtin_等#xff0c;这些都是GNU C语言的特性。
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下面…
Linux内核采用的是GCC编译器GCC编译器除了支持ANSI C还支持GNU C。在Linux内核中许多地方都使用了GNU C语言的扩展特性如typeof、__attribute__、__aligned、__builtin_等这些都是GNU C语言的特性。
typeof
下面是比较两个数大小返回大值的经典宏写法
#define max(a,b) ((a) (b) ? (a) : (b))如果a传入ib传入j那么这个比较大小就会出错。例如
#define max(a,b) ((a)(b)?(a):(b))int x 1, y 2;
printf(max%d\n, max(x, y));
printf(x %d, y %d\n, x, y);输出结果max3x2y4。这是错误的结果正常我们希望的是max(1,2)返回max2。如何修改这个宏呢
在GNU C语言中如果知道a和b的类型可以在宏里面定义一个变量将a, b赋值给变量然后再比较。例如
#define max(a,b) ({ \int _a (a); \ int _b (b); \_a _b ? _a : _b; }) 如果不知道具体的数据类型可以使用typeof类转换宏Linux内核中的例子
#define max(a, b) ({ \typeof(a) _a (a); \typeof(b) _b (b); \(void) (_a _b); \_a _b ? _a : _b; })typeof(a) _a (a):定义一个a类型的变量_a将a赋值给_a
typeof(b) _b (b):定义一个b类型的变量_b将b赋值给_b
(void) (_a _b):判断两个数的类型是否相同如果不相同会抛出一个警告。因为a和b的类型不一样其指针类型也会不一样两个不一样的指针类型进行比较操作会抛出一个编译警告。
typeof用法举例
//typeof的参数可以是表达式或类型//参数是类型
typeof(int *) a,b;//等价于int *a,*b;//参数是表达式
int foo();
typeof(foo()) var;//声明了int类型的var变量因为表达式foo()是int类型的。由于表达式不会被执行所以不会调用foo函数。零长数组
零长数组又叫柔性数组。而它的作用主要就是为了满足需要变长度的结构体因此有时也习惯性地称为变长数组。
用法在一个结构体的后, 申明一个长度为0的数组, 就可以使得这个结构体是可变长的。
对于编译器来说, 此时长度为0的数组并不占用空间, 因为数组名本身不占空间, 它只是一个偏移量, 数组名这个符号本身代表了一个不可修改的地址常量
结构体中定义零长数组
mm/percpu.c
struct pcpu_chunk {struct list_head list;unsigned long populated[]; /* 变长数组 */
};数据结构后一个元素被定义为零长度数组不占结构体空间。这样我们可以根据对象大小动态地分配结构的大小。
struct line {int length;char contents[];
};struct line *thisline malloc(sizeof(struct line) this_length);
thisline-length this_length;如上例所示struct line数据结构定义了一个int length变量和一个变长数组contents[0]这个struct line数据结构的大小只包含int类型的大小不包含contents的大小也就是**sizeof (struct line) sizeof (int)**。
创建结构体对象时可根据实际的需要指定这个可变长数组的长度并分配相应的空间如上述实例代码分配了this_length 字节的内存并且可以通过contents[index]来访问第index个地址的数据。
case范围
GNU C语言支持指定一个case的范围作为一个标签如
case low ...high:
case A ...Z:这里low到high表示一个区间范围在ASCII字符代码中也非常有用。下面是Linux内核中的代码例子。
arch/x86/platform/uv/tlb_uv.cstatic int local_atoi(const char *name){int val ;for (;; name) {switch (*name) {case 0 ...9:val 10*val(*name-0);break;default:return val;}}
}另外还可以用整形数来表示范围但是这里需要注意在“...”两边有空格否则编译会出错。
drivers/usb/gadget/udc/at91_udc.cstatic int at91sam9261_udc_init(struct at91_udc *udc){for (i ; i NUM_ENDPOINTS; i) {ep udc-ep[i];switch (i) {case :ep-maxpacket 8;break;case 1 ... 3:ep-maxpacket 64;break;case 4 ... 5:ep-maxpacket 256;break;}}
}标号元素
GNU C语言可以通过指定索引或结构体成员名来初始化不必按照原来的固定顺序进行初始化。
结构体成员的初始化在 Linux 内核中经常使用如在设备驱动中初始化file_operations数据结构
drivers/char/mem.c
static const struct file_operations zero_fops {.llseek zero_lseek,.read new_sync_read,.write write_zero,.read_iter read_iter_zero,.aio_write aio_write_zero,.mmap mmap_zero,
};如上述代码中的zero_fops的成员llseek初始化为zero_lseek函数read成员初始化为new_sync_read函数依次类推。当file_operations数据结构的定义发生变化时这种初始化方法依然能保证已知元素的正确性对于未初始化成员的值为0或者NULL。
可变参数宏
在GNU C语言中宏可以接受可变数目的参数主要用在输出函数里。例如
include/linux/printk.h
#define pr_debug(fmt, ...) \
dynamic_pr_debug(fmt, ##__VA_ARGS__)“...”代表一个可以变化的参数表“__VA_ARGS__”是编译器保留字段预处理时把参数传递给宏。当宏的调用展开时实际参数就传递给dynamic_pr_debug函数了。
函数属性
GNU C语言允许声明函数属性Function Attribute、变量属性Variable Attribute和类型属性Type Attribute以便编译器进行特定方面的优化和更仔细的代码检查。特殊属性语法格式为
__attribute__ ((attribute-list))attribute-list的定义有很多如noreturn、format以及const等。此外还可以定义一些和处理器体系结构相关的函数属性如ARM体系结构中可以定义interrupt、isr等属性。
下面是Linux内核中使用format属性的一个例子。
drivers/staging/lustru/include/linux/libcfs/
int libcfs_debug_msg(struct libcfs_debug_msg_data *msgdata,const char *format1, ...)__attribute__ ((format (printf, 2, 3)));libcfs_debug_msg()函数里声明了一个format函数属性它会告诉编译器按照printf的参数表的格式规则对该函数参数进行检查。数字2表示第二个参数为格式化字符串数字3表示参数“...”里的个参数在函数参数总数中排在第几个。
noreturn属性告诉编译器该函数从不返回值这可以消除一些不必要的警告信息。例如以下函数函数不会返回
void __attribute__((noreturn)) die(void);const 属性会让编译器只调用该函数一次以后再调用时只需要返回次结果即可从而提高效率。
static inline u32 __attribute_const__ read_cpuid_cachetype(void){return read_cpuid(CTR_EL0);
}Linux还有一些其他的函数属性被定义在compiler-gcc.h文件中。
#define __pure __attribute__((pure))
#define __aligned(x) __attribute__((aligned(x)))
#define __printf(a, b) __attribute__((format(printf, a, b)))
#define __scanf(a, b) __attribute__((format(scanf, a, b)))
#define noinline __attribute__((noinline))
#define __attribute_const__ __attribute__((__const__))
#define __maybe_unused __attribute__((unused))
#define __always_unused __attribute__((unused))变量属性和类型属性
变量属性可以对变量或结构体成员进行属性设置。类型属性常见的属性有alignment、packed和sections等。
alignment属性规定变量或者结构体成员的小对齐格式以字节为单位。
struct qib_user_info {__u32 spu_userversion;__u64 spu_base_info;
} __aligned(8);在这个例子中编译器以8字节对齐的方式来分配qib_user_info这个数据结构。
packed属性可以使变量或者结构体成员使用小的对齐方式对变量是以字节对齐对域是以位对齐。
struct test{char a;int x[2] __attribute__ ((packed));
};x成员使用了packed属性它会存储在变量a后面所以这个结构体一共占用9字节。
内建函数
内建函数以“_builtin_”作为函数名前缀。下面介绍Linux内核常用的一些内建函数。
__builtin_constant_p(x)判断x是否在编译时就可以被确定为常量。如果x为常量该函数返回1否则返回0。
__builtin_expect(exp, c)
#define __swab16(x) \
(__builtin_constant_p((__u16)(x)) ? \
___constant_swab16(x) : \
__fswab16(x))__builtin_expect(exp, c)__builtin_expect(exp, c)这里的意思是expc的概率很大用来引导GCC编译器进行条件分支预测。开发人员知道可能执行哪个分支并将有可能执行的分支告诉编译器让编译器优化指令序列使指令尽可能地顺序执行从而提高CPU预取指令的正确率。
Linux内核中经常见到likely()和unlikely()函数本质也是__builtin_expect()
#define LIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 1) //x很可能为真
#define UNLIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 0) //x很可能为假__builtin_prefetch(const void *addr, int rw, int locality)主动进行数据预取在使用地址addr的值之前就把其值加载到cache中减少读取的延迟从而提高性能。
该函数可以接受3个参数 个参数addr表示要预取数据的地址 第二个参数rw表示读写属性1表示可写0表示只读 第三个参数locality表示数据在cache中的时间局部性其中0表示读取完addr的之后不用保留在cache中而13表示时间局部性逐渐增强。如下面的prefetch()和prefetchw()函数的实现。
include/linux/prefetch.h
#define prefetch(x) __builtin_prefetch(x)
#define prefetchw(x) __builtin_prefetch(x,1)下面是使用prefetch()函数进行优化的一个例子。
mm/page_alloc.c
void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order){unsigned int nr_pages 1 order;struct page *p page;unsigned int loop;prefetchw(p);for (loop ; loop (nr_pages - 1); loop, p) {prefetchw(p 1);__ClearPageReserved(p);set_page_count(p, );}…
}在处理struct page数据之前通过prefetchw()预取到cache中从而提升性能。
asmlinkage
在标准C语言中函数的形参在实际传入参数时会涉及参数存放问题。
对于x86架构函数参数和局部变量被一起分配到函数的局部堆栈里。x86中对asmlinkage的定义
arch/x86/include/asm/linkage.h
#define asmlinkage CPP_ASMLINKAGE __attribute__((regparm(0)))attribute((regparm(0)))告诉编译器该函数不需要通过任何寄存器来传递参数只通过堆栈来传递。
对于ARM来说函数参数的传递有一套ATPCS标准即通过寄存器来传递。ARM中的R0R4寄存器存放传入参数当参数超过5个时多余的参数被存放在局部堆栈中。所以ARM平台没有定义asmlinkage。
include/linux/linkage.h
#define asmlinkage CPP_ASMLINKAGE
#define asmlinkage CPP_ASMLINKAGEUL
在Linux内核代码中我们经常会看到一些数字的定义使用了UL后缀修饰。
数字常量会被隐形定义为int类型两个int类型相加的结果可能会发生溢出。
因此使用UL强制把int类型数据转换为unsigned long类型这是为了保证运算过程不会因为int的位数不同而导致溢出。 1 表示有符号整型数字1 UL表示无符号长整型数字1
