percpu 指针在 Linux 内核中是如何实现的？

Question

在多处理器上，每个内核都可以有自己的变量。我以为它们是不同地址中的不同变量，尽管它们在同一个进程中并且具有相同的名称。

但我想知道，内核如何实现这一点？它是否会分配一块内存来存放所有 percpu 指针，并且每次它都会通过 shift 或其他方式将指针重定向到某个地址？

Answer 1

普通的全局变量不是每个 CPU 的。自动变量在栈上，不同的CPU使用不同的栈，自然会得到不同的变量。

我猜您指的是 Linux 的 per-CPU 可变基础架构。
大部分魔法都在这里（asm-generic/percpu.h）：

extern unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS];

#define per_cpu_offset(x) (__per_cpu_offset[x])

/* Separate out the type, so (int[3], foo) works. */
#define DEFINE_PER_CPU(type, name) \
    __attribute__((__section__(".data.percpu"))) __typeof__(type) per_cpu__##name

/* var is in discarded region: offset to particular copy we want */
#define per_cpu(var, cpu) (*RELOC_HIDE(&per_cpu__##var, __per_cpu_offset[cpu]))
#define __get_cpu_var(var) per_cpu(var, smp_processor_id())

宏RELOC_HIDE(ptr, offset) 只是将ptr 前进给定的字节偏移量（无论指针类型如何）。

它有什么作用？

1. 在定义DEFINE_PER_CPU(int, x) 时，会在特殊的.data.percpu 部分中创建一个整数__per_cpu_x。
2. 加载内核时，此部分会加载多次 - 每个 CPU 一次（这部分魔法不在上面的代码中）。
3. __per_cpu_offset 数组填充了副本之间的距离。假设每 CPU 使用 1000 个字节的数据，__per_cpu_offset[n] 将包含 1000*n。
4. 符号 per_cpu__x 将在加载期间重新定位到 CPU 0 的 per_cpu__x。
5. __get_cpu_var(x)，在 CPU 3 上运行时，将转换为 *RELOC_HIDE(&per_cpu__x, __per_cpu_offset[3])。这从 CPU 0 的 x 开始，添加 CPU 0 的数据和 CPU 3 之间的偏移量，并最终取消引用结果指针。