本文采用linux 3.04内核版本。
多核情况下，CPU是同时并发运行的，但是多它们共同使用其他的硬件资源的，因此我们需要解决多个CPU之间的同步问题。每CPU变量（per-cpu-variable）是内核中一种重要的同步机制。顾名思义，每CPU变量就是为每个CPU构造一个变量的副本，这样多个CPU相互操作各自的副本，互不干涉。比如我们标识当前进程的变量current_task就被声明为每CPU变量。
每CPU变量的特点：
- 用于多个CPU之间的同步，如果是单核结构，每CPU变量没有任何用处。
- 每CPU变量不能用于多个CPU相互协作的场景。（每个CPU的副本都是独立的）
- 每CPU变量不能解决由中断或延迟函数导致的同步问题
- 访问每CPU变量的时候，一定要确保关闭进程抢占，否则一个进程被抢占后可能会更换CPU运行，这会导致每CPU变量的引用错误。
我们可以用数组来实现每CPU变量吗？比如，我们要保护变量var，我们可以声明int var[NR_CPUS]，CPU num就访问var[num]不就可以了吗？
显然，每CPU变量的实现不会这么简单。理由：我们知道为了加快内存访问，处理器中设计了硬件高速缓存（也就是CPU的cache），每个处理器都会有一个硬件高速缓存。如果每CPU变量用数组来实现，那么任何一个CPU修改了其中的内容，都会导致其他CPU的高速缓存中对应的块失效。而频繁的失效会导致性能急剧的下降。
每CPU变量分为静态和动态两种，静态的每CPU变量使用DEFINE_PER_CPU声明，在编译的时候分配空间；而动态的使用alloc_percpu和free_percpu来分配回收存储空间。下面我们来看看Linux中的具体实现：
每CPU变量的函数和宏
- DECLARE_PER_CPU(type, name)声明每CPU变量name，类型为type
- DEFINE_PER_CPU(type, name)定义每CPU变量name，类型为type
- alloc_percpu(type)动态为type类型的每CPU变量分配空间，并返回它的地址
- free_percpu(pointer)释放为动态分配的每CPU变量的空间，pointer是起始地址
- per_cpu(var, cpu)获取编号cpu的处理器上面的变量var的副本
- get_cpu_var(var)获取本处理器上面的变量var的副本，该函数关闭进程抢占，主要由__get_cpu_var来完成具体的访问
- get_cpu_ptr(var) 获取本处理器上面的变量var的副本的指针，该函数关闭进程抢占，主要由__get_cpu_var来完成具体的访问
- put_cpu_var(var) & put_cpu_ptr(var)表示每CPU变量的访问结束，恢复进程抢占
- __get_cpu_var(var) 获取本处理器上面的变量var的副本，该函数不关闭进程抢占
每CPU变量的实现原理
静态的每CPU变量
- #define DEFINE_PER_CPU(type, name) \
- DEFINE_PER_CPU_SECTION(type, name, "")
- #define DEFINE_PER_CPU_SECTION(type, name, sec) \
- __PCPU_ATTRS(sec) PER_CPU_DEF_ATTRIBUTES \
- __typeof__(type) name
- #define __PCPU_ATTRS(sec) \
- __percpu __attribute__((section(PER_CPU_BASE_SECTION sec))) \
- PER_CPU_ATTRIBUTES
- #define PER_CPU_BASE_SECTION ".data..percpu"
- __attribute__((section(PER_CPU_BASE_SECTION sec)
备注：每CPU变量的声明和普通变量的声明一样，主要的区别是使用了__attribute__((section(PER_CPU_BASE_SECTION sec)))来指定该变量被放置的段中，普通变量默认会被放置data段或者bss段中。
- void __init setup_per_cpu_areas(void)
- {
- unsigned long delta;
- unsigned int cpu;
- int rc;
- /*
- * Always reserve area for module percpu variables. That's
- * what the legacy allocator did.
- */
- rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
- PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
- pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
- if (rc < 0)
- panic("Failed to initialize percpu areas.");
- delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
- for_each_possible_cpu(cpu)
- __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
- }
备注：分配内存以及复制.data.percup内容的工作由pcpu_embed_first_chunk来完成，这里就不展开了。__per_cpu_offset数组中记录了每个CPU的percpu区域的开始地址。我们访问每CPU变量就要依靠__per_cpu_offset中的地址。
动态每CPU变量