Linux内核代码优化

Question

来自Understanding Linux Kernel 3rd edition在描述内核固定映射的章节中，有一个函数使用了以下枚举器-

每个固定映射的线性地址都由一个小整数索引表示 在枚举 fixed_addresses 数据结构中定义：

 enum fixed_addresses {
 FIX_HOLE,
 FIX_VSYSCALL,
 FIX_APIC_BASE,
 FIX_IO_APIC_BASE_0,
 [...]
 _ _end_of_fixed_addresses
 };

并给出这个枚举器，以下函数将编译 -

固定映射的线性地址放在第四个的末尾 千兆字节的线性地址。 fix_to_virt( ) 函数计算 从索引开始的常量线性地址：

inline unsigned long fix_to_virt(const unsigned int idx)
{
    if (idx >= _ _end_of_fixed_addresses)
        _ _this_fixmap_does_not_exist( );
    return (0xfffff000UL - (idx << PAGE_SHIFT));
}

现在，看看下面关于这个函数是如何最终被翻译成0xfffff000-(3 << PAGE_SHIFT)的解释

假设某个内核函数调用 fix_to_virt(FIX_IOAPIC_BASE_0)。因为函数被声明为 “内联”，C 编译器不生成对 fix_to_virt( ) 的调用， 但在调用函数中插入其代码。此外，检查 索引值永远不会在运行时执行。实际上， FIX_IOAPIC_BASE_0 是一个等于 3 的常数，所以编译器可以剪切 去掉 if 语句，因为它的条件在编译时为假。 相反，如果条件为真或 fix_to_virt( ) 的参数 不是常量，编译器在链接期间发出错误 相位因为符号_ _this_fixmap_does_not_exist 没有在任何地方定义。最终，编译器计算 0xfffff000-(3

因此，代码的编写者似乎依赖于一些假设，即如果我们有一个 if 语句来比较在编译时定义的两个数字（比如说 FIX_IO_APIC_BASE_0 和 _ _end_of_fixed_addresses），因此结果在编译时知道，if 语句肯定会被优化并从代码中删除。

Linux 内核代码如何假设？

另外，编写此类代码的动机是什么？如果作者希望函数被评估为0xfffff000-(3 << PAGE_SHIFT)，为什么不直接写0xfffff000-(3 << PAGE_SHIFT) 而不是调用这个函数呢？

Answer 1

这里其实有两个问题：

• Linux 内核代码如何假定代码已从二进制文件中删除？简单的答案是编译环境（编译器等）保证了这一点。基本上，常量传播是一种简单且众所周知的编译器优化，在这种情况下，它可以很容易地检测出未使用的代码。
• 为什么不直接拼出代码呢？简单的原因是可移植性和可读性。可移植性意味着这允许您在一个地方针对新平台或 CPU 调整功能。可读性意味着意图与此函数的可能文档一起传达，如果您只是将原始函数内容转储在那里，情况就不会如此。这类似于在代码中不使用“幻数”的理由。

Answer 2

_ _end_of_fixed_addresses 在单元编译时是已知的，但不是 idx：该函数有可能从外部源代码中使用无效的 idx 调用。由于 this_fixmap_does_not_exists 符号不存在，就像解释中所说的那样，如果开发人员尝试使用带有无效 idx 的 fix_to_virt 将导致编译错误。但如果他使用正确的，'if' 语句将被编译器删除。因此，这实际上不是运行时保护，而是开发保护，一种将可能的运行时错误转换为编译错误的技术。关于修复结果，请注意这只是示例。 idx 可能与 3 不同，因此是该函数的结果。