Documentation/translations/zh_CN/core-api/local_ops.rst

   1 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
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   3 :Original: Documentation/core-api/local_ops.rst
   4 :Translator: Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>
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   6 .. _cn_local_ops:
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  10 本地原子操作的语义和行为
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  13 :作者: Mathieu Desnoyers
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  16 本文解释了本地原子操作的目的，如何为任何给定的架构实现这些操作，并说明了
  17 如何正确使用这些操作。它还强调了在内存写入顺序很重要的情况下，跨CPU读取
  18 这些本地变量时必须采取的预防措施。
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  20 .. note::
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  22     注意，基于 ``local_t`` 的操作不建议用于一般内核操作。请使用 ``this_cpu``
  23     操作来代替使用，除非真的有特殊目的。大多数内核中使用的 ``local_t`` 已
  24     经被 ``this_cpu`` 操作所取代。 ``this_cpu`` 操作在一条指令中结合了重
  25     定位和类似 ``local_t`` 的语义，产生了更紧凑和更快的执行代码。
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  28 本地原子操作的目的
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  31 本地原子操作的目的是提供快速和高度可重入的每CPU计数器。它们通过移除LOCK前
  32 缀和通常需要在CPU间同步的内存屏障，将标准原子操作的性能成本降到最低。
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  34 在许多情况下，拥有快速的每CPU原子计数器是很有吸引力的：它不需要禁用中断来保护中
  35 断处理程序，它允许在NMI（Non Maskable Interrupt）处理程序中使用连贯的计数器。
  36 它对追踪目的和各种性能监测计数器特别有用。
  37
  38 本地原子操作只保证在拥有数据的CPU上的变量修改的原子性。因此，必须注意确保只
  39 有一个CPU写到 ``local_t`` 的数据。这是通过使用每CPU的数据来实现的，并确
  40 保我们在一个抢占式安全上下文中修改它。然而，从任何一个CPU读取 ``local_t``
  41 数据都是允许的：这样它就会显得与所有者CPU的其他内存写入顺序不一致。
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  44 针对特定架构的实现
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  47 这可以通过稍微修改标准的原子操作来实现：只有它们的UP变体必须被保留。这通常
  48 意味着删除LOCK前缀（在i386和x86_64上）和任何SMP同步屏障。如果架构在SMP和
  49 UP之间没有不同的行为，在你的架构的 ``local.h`` 中包括 ``asm-generic/local.h``
  50 就足够了。
  51
  52 通过在一个结构体中嵌入一个 ``atomic_long_t`` ， ``local_t`` 类型被定义为
  53 一个不透明的 ``signed long`` 。这样做的目的是为了使从这个类型到
  54 ``long`` 的转换失败。该定义看起来像::
  55
  56     typedef struct { atomic_long_t a; } local_t;
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  59 使用本地原子操作时应遵循的规则
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  62 * 被本地操作触及的变量必须是每cpu的变量。
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  64 * *只有* 这些变量的CPU所有者才可以写入这些变量。
  65
  66 * 这个CPU可以从任何上下文（进程、中断、软中断、nmi...）中使用本地操作来更新
  67   它的local_t变量。
  68
  69 * 当在进程上下文中使用本地操作时，必须禁用抢占（或中断），以确保进程在获得每
  70   CPU变量和进行实际的本地操作之间不会被迁移到不同的CPU。
  71
  72 * 当在中断上下文中使用本地操作时，在主线内核上不需要特别注意，因为它们将在局
  73   部CPU上运行，并且已经禁用了抢占。然而，我建议无论如何都要明确地禁用抢占，
  74   以确保它在-rt内核上仍能正确工作。
  75
  76 * 读取本地cpu变量将提供该变量的当前拷贝。
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  78 * 对这些变量的读取可以从任何CPU进行，因为对 “ ``long`` ”，对齐的变量的更新
  79   总是原子的。由于写入程序的CPU没有进行内存同步，所以在读取 *其他* cpu的变
  80   量时，可以读取该变量的过期副本。
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  83 如何使用本地原子操作
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  86 ::
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  88     #include <linux/percpu.h>
  89     #include <asm/local.h>
  90
  91     static DEFINE_PER_CPU(local_t, counters) = LOCAL_INIT(0);
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  94 计数器
  95 ======
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  97 计数是在一个signed long的所有位上进行的。
  98
  99 在可抢占的上下文中，围绕本地原子操作使用 ``get_cpu_var()`` 和
 100 ``put_cpu_var()`` ：它确保在对每个cpu变量进行写访问时，抢占被禁用。比如
 101 说::
 102
 103     local_inc(&get_cpu_var(counters));
 104     put_cpu_var(counters);
 105
 106 如果你已经在一个抢占安全上下文中，你可以使用 ``this_cpu_ptr()`` 代替::
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 108     local_inc(this_cpu_ptr(&counters));
 109
 110
 111
 112 读取计数器
 113 ==========
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 115 那些本地计数器可以从外部的CPU中读取，以求得计数的总和。请注意，local_read
 116 所看到的跨CPU的数据必须被认为是相对于拥有该数据的CPU上发生的其他内存写入来
 117 说不符合顺序的::
 118
 119     long sum = 0;
 120     for_each_online_cpu(cpu)
 121             sum += local_read(&per_cpu(counters, cpu));
 122
 123 如果你想使用远程local_read来同步CPU之间对资源的访问，必须在写入者和读取者
 124 的CPU上分别使用显式的 ``smp_wmb()`` 和 ``smp_rmb()`` 内存屏障。如果你使
 125 用 ``local_t`` 变量作为写在缓冲区中的字节的计数器，就会出现这种情况：在缓
 126 冲区写和计数器增量之间应该有一个 ``smp_wmb()`` ，在计数器读和缓冲区读之间
 127 也应有一个 ``smp_rmb()`` 。
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 129 下面是一个使用 ``local.h`` 实现每个cpu基本计数器的示例模块::
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 131     /* test-local.c
 132      *
 133      * Sample module for local.h usage.
 134      */
 135
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 137     #include <asm/local.h>
 138     #include <linux/module.h>
 139     #include <linux/timer.h>
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 141     static DEFINE_PER_CPU(local_t, counters) = LOCAL_INIT(0);
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 143     static struct timer_list test_timer;
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 145     /* IPI called on each CPU. */
 146     static void test_each(void *info)
 147     {
 148             /* Increment the counter from a non preemptible context */
 149             printk("Increment on cpu %d\n", smp_processor_id());
 150             local_inc(this_cpu_ptr(&counters));
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 152             /* This is what incrementing the variable would look like within a
 153              * preemptible context (it disables preemption) :
 154              *
 155              * local_inc(&get_cpu_var(counters));
 156              * put_cpu_var(counters);
 157              */
 158     }
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 160     static void do_test_timer(unsigned long data)
 161     {
 162             int cpu;
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 164             /* Increment the counters */
 165             on_each_cpu(test_each, NULL, 1);
 166             /* Read all the counters */
 167             printk("Counters read from CPU %d\n", smp_processor_id());
 168             for_each_online_cpu(cpu) {
 169                     printk("Read : CPU %d, count %ld\n", cpu,
 170                             local_read(&per_cpu(counters, cpu)));
 171             }
 172             mod_timer(&test_timer, jiffies + 1000);
 173     }
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 175     static int __init test_init(void)
 176     {
 177             /* initialize the timer that will increment the counter */
 178             timer_setup(&test_timer, do_test_timer, 0);
 179             mod_timer(&test_timer, jiffies + 1);
 180
 181             return 0;
 182     }
 183
 184     static void __exit test_exit(void)
 185     {
 186             del_timer_sync(&test_timer);
 187     }
 188
 189     module_init(test_init);
 190     module_exit(test_exit);
 191
 192     MODULE_LICENSE("GPL");
 193     MODULE_AUTHOR("Mathieu Desnoyers");
 194     MODULE_DESCRIPTION("Local Atomic Ops");