docs/zh_CN: core-api: Add this_cpu_ops Chinese translation

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commit c9b54d6f36 ("docs: move other kAPI documents to core-api").

Signed-off-by: Binbin Zhou <zhoubinbin@loongson.cn>
Reviewed-by: Wu XiangCheng <bobwxc@email.cn>
Reviewed-by: Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>
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Signed-off-by: Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
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Binbin Zhou 2022-10-21 09:58:07 +08:00 committed by Jonathan Corbet
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@ -48,12 +48,12 @@
circular-buffers
generic-radix-tree
packing
this_cpu_ops
Todolist:
this_cpu_ops
timekeeping
errseq

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@ -0,0 +1,285 @@
.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
:Original: Documentation/core-api/this_cpu_ops.rst
:翻译:
周彬彬 Binbin Zhou <zhoubinbin@loongson.cn>
:校译:
吴想成 Wu Xiangcheng <bobwxc@email.cn>
============
this_cpu操作
============
:作者: Christoph Lameter, 2014年8月4日
:作者: Pranith Kumar, 2014年8月2日
this_cpu操作是一种优化访问与当前执行处理器相关的每CPU变量的方法。这是通过使用段寄
存器或专用寄存器cpu在其中永久存储特定处理器的每CPU区域的起始来完成的。
this_cpu操作将每CPU变量的偏移量添加到处理器特定的每CPU基址上并将该操作编码到对
每CPU变量进行操作的指令中。
这意味着在偏移量的计算和对数据的操作之间不存在原子性问题。因此,没有必要禁用抢占
或中断来确保处理器在计算地址和数据操作之间不被改变。
读取-修改-写入操作特别值得关注。通常处理器具有特殊的低延迟指令,可以在没有典型同
步开销的情况下运行但仍提供某种宽松的原子性保证。例如x86可以执行RMW读取
修改写入指令如同inc/dec/cmpxchg而无需锁前缀和相关的延迟损失。
对没有锁前缀的变量的访问是不同步的,也不需要同步,因为我们处理的是当前执行的处理
器所特有的每CPU数据。只有当前的处理器可以访问该变量因此系统中的其他处理器不存在
并发性问题。
请注意远程处理器对每CPU区域的访问是特殊情况可能会影响通过 ``this_cpu_*`` 的本
地RMW操作的性能和正确性远程写操作
this_cpu操作的主要用途是优化计数器操作。
定义了以下具有隐含抢占保护的this_cpu()操作。可以使用这些操作而不用担心抢占和中断::
this_cpu_read(pcp)
this_cpu_write(pcp, val)
this_cpu_add(pcp, val)
this_cpu_and(pcp, val)
this_cpu_or(pcp, val)
this_cpu_add_return(pcp, val)
this_cpu_xchg(pcp, nval)
this_cpu_cmpxchg(pcp, oval, nval)
this_cpu_cmpxchg_double(pcp1, pcp2, oval1, oval2, nval1, nval2)
this_cpu_sub(pcp, val)
this_cpu_inc(pcp)
this_cpu_dec(pcp)
this_cpu_sub_return(pcp, val)
this_cpu_inc_return(pcp)
this_cpu_dec_return(pcp)
this_cpu操作的内部工作
----------------------
在x86上fs:或gs:段寄存器包含每CPU区域的基址。这样就可以简单地使用段覆盖将每CPU
相对地址重定位到处理器适当的每CPU区域。所以对每CPU基址的重定位是通过段寄存器前缀
在指令中编码完成的。
例如::
DEFINE_PER_CPU(int, x);
int z;
z = this_cpu_read(x);
产生的单指令为::
mov ax, gs:[x]
而不是像每CPU操作那样先是一系列的地址计算然后从该地址获取。在this_cpu_ops之前
这样的序列还需要先禁用/启用抢占功能,以防止内核在计算过程中将线程移动到不同的处理
器上。
请思考下面this_cpu操作::
this_cpu_inc(x)
这将产生如下单指令(无锁前缀!)::
inc gs:[x]
而不是在没有段寄存器的情况下所需要的以下操作::
int *y;
int cpu;
cpu = get_cpu();
y = per_cpu_ptr(&x, cpu);
(*y)++;
put_cpu();
请注意这些操作只能用于为特定处理器保留的每CPU数据。如果不在上下文代码中禁用抢占
``this_cpu_inc()`` 将仅保证每CPU的某一个计数器被正确地递增但不能保证操作系统不
会在this_cpu指令执行的前后直接移动该进程。一般来说这意味着每个处理器的单个计数
器的值是没有意义的。所有每CPU计数器的总和才是唯一有意义的值。
每CPU变量的使用是出于性能的考虑。如果多个处理器同时处理相同的代码路径可以避免缓
存行跳转。每个处理器都有自己的每CPU变量因此不会发生并发缓存行更新。为这种优化必
须付出的代价是当需要计数器的值时要将每CPU计数器相加。
特殊的操作
----------
::
y = this_cpu_ptr(&x)
使用每CPU变量的偏移量(&x!)并返回属于当前执行处理器的每CPU变量的地址。
``this_cpu_ptr`` 避免了通用 ``get_cpu``/``put_cpu`` 序列所需的多个步骤。没有可用
的处理器编号。相反本地每CPU区域的偏移量只是简单地添加到每CPU偏移量上。
请注意,这个操作通常是在抢占被禁用后再在代码段中使用。然后该指针用来访问临界区中
的本地每CPU数据。当重新启用抢占时此指针通常不再有用因为它可能不再指向当前处理
器的每CPU数据。
每CPU变量和偏移量
-----------------
每CPU变量相对于每CPU区域的起始点是有偏移的。它们没有地址尽管代码里看起来像有一
样。不能直接对偏移量解引用必须用处理器每CPU区域基指针加上偏移量以构成有效地址。
因此在每CPU操作的上下文之外使用x或&x是无效的这种行为通常会被当作一个空指针的
解引用来处理。
::
DEFINE_PER_CPU(int, x);
在每CPU操作的上下文中上面表达式说明x是一个每CPU变量。大多数this_cpu操作都需要一
个cpu变量。
::
int __percpu *p = &x;
&x和p是每CPU变量的偏移量。 ``this_cpu_ptr()`` 使用每CPU变量的偏移量这让它看起来
有点奇怪。
每CPU结构体字段的操作
---------------------
假设我们有一个每CPU结构::
struct s {
int n,m;
};
DEFINE_PER_CPU(struct s, p);
这些字段的操作非常简单::
this_cpu_inc(p.m)
z = this_cpu_cmpxchg(p.m, 0, 1);
如果我们有一个相对于结构体s的偏移量::
struct s __percpu *ps = &p;
this_cpu_dec(ps->m);
z = this_cpu_inc_return(ps->n);
如果我们后面不使用 ``this_cpu ops`` 来操作字段,则指针的计算可能需要使用
``this_cpu_ptr()``::
struct s *pp;
pp = this_cpu_ptr(&p);
pp->m--;
z = pp->n++;
this_cpu ops的变体
------------------
this_cpu的操作是中断安全的。一些架构不支持这些每CPU的本地操作。在这种情况下该操
作必须被禁用中断的代码所取代,然后做那些保证是原子的操作,再重新启用中断。当然这
样做是很昂贵的。如果有其他原因导致调度器不能改变我们正在执行的处理器,那么就没有
理由禁用中断了。为此我们提供了以下__this_cpu操作。
这些操作不能保证并发中断或抢占。如果在中断上下文中不使用每CPU变量并且调度程序无法
抢占,那么它们是安全的。如果在操作进行时仍有中断发生,并且中断也修改了变量,则无
法保证RMW操作是安全的::
__this_cpu_read(pcp)
__this_cpu_write(pcp, val)
__this_cpu_add(pcp, val)
__this_cpu_and(pcp, val)
__this_cpu_or(pcp, val)
__this_cpu_add_return(pcp, val)
__this_cpu_xchg(pcp, nval)
__this_cpu_cmpxchg(pcp, oval, nval)
__this_cpu_cmpxchg_double(pcp1, pcp2, oval1, oval2, nval1, nval2)
__this_cpu_sub(pcp, val)
__this_cpu_inc(pcp)
__this_cpu_dec(pcp)
__this_cpu_sub_return(pcp, val)
__this_cpu_inc_return(pcp)
__this_cpu_dec_return(pcp)
将增加x并且不会回退到在无法通过地址重定位和同一指令中的读取-修改-写入操作实现原
子性的平台上禁用中断的代码。
&this_cpu_ptr(pp)->n 对比 this_cpu_ptr(&pp->n)
----------------------------------------------
第一个操作使用偏移量并形成一个地址然后再加上n字段的偏移量。这可能会导致编译器产
生两条加法指令。
第二个操作先加上两个偏移量,然后进行重定位。恕我直言,第二种形式看起来更干净,而
且更容易与 ``()`` 结合。第二种形式也与 ``this_cpu_read()`` 和大家的使用方式一致。
远程访问每CPU数据
-----------------
每CPU数据结构被设计为由一个CPU独占使用。如果您按预期使用变量``this_cpu_ops()``
保证是 ``原子的`` 因为没有其他CPU可以访问这些数据结构。
在某些特殊情况下您可能需要远程访问每CPU数据结构。通常情况下进行远程读访问是安
全的这经常是为了统计计数器值。远程写访问可能会出现问题因为this_cpu操作没有锁
语义。远程写可能会干扰this_cpu RMW操作。
除非绝对必要否则强烈建议不要对每CPU数据结构进行远程写访问。请考虑使用IPI来唤醒
远程CPU并对其每CPU区域进行更新。
要远程访问每CPU数据结构通常使用 ``per_cpu_ptr()`` 函数::
DEFINE_PER_CPU(struct data, datap);
struct data *p = per_cpu_ptr(&datap, cpu);
这清楚地表明我们正准备远程访问每CPU区域。
您还可以执行以下操作以将datap偏移量转换为地址::
struct data *p = this_cpu_ptr(&datap);
但是将通过this_cpu_ptr计算的指针传递给其他cpu是不寻常的应该避免。
远程访问通常只用于读取另一个cpu的每CPU数据状态。由于this_cpu操作宽松的同步要求
写访问可能会导致奇特的问题。
下面的情况说明了写入操作的一些问题由于两个每CPU变量共享一个缓存行但宽松的同步
仅应用于更新缓存行的一个进程。
考虑以下示例::
struct test {
atomic_t a;
int b;
};
DEFINE_PER_CPU(struct test, onecacheline);
如果一个处理器远程更新字段 ``a`` 而本地处理器将使用this_cpu ops来更新字段 ``b``
会发生什么情况,这一点值得注意。应避免在同一缓存行内同时访问数据。此外,可能还需
要进行代价高昂的同步。在这种情况下通常建议使用IPI而不是远程写入另一个处理器的
每CPU区域。
即使在远程写很少的情况下,请记住远程写将从最有可能访问它的处理器中逐出缓存行。如
果处理器唤醒时发现每CPU区域缺少本地缓存行其性能和唤醒时间将受到影响。