kernel基本功练习

偏执的太偏执、 2022-08-10 12:50 198阅读 0赞

**【kernel基本功练习1】gcc的扩展语法 ,有空的时候注意一下。**

【kernel基本功练习1】gcc的扩展语法 ,有空的时候注意一下。

在linux 的世界， 用的都是GCC（GNU gcc） ， 在看kernel代码的时候， 可能会看到一些比较怪异的写法， 这些都不是ANSI c的写法，  
但是我们现在要看懂linux kernel里面的一些代码， 就必须熟悉GNU gcc的扩展语法。  
  
其实除了gcc的扩展语法以外 ， 还有标准c的写法， 不过看起来有点奇怪，  
比如：  
\#define dbg(format, arg...)                             /  
do \{                                                 /  
printk("%s: "format,    /  
  MODULE\_NAME , \#\# arg);               /  
\} while (0)  
为什么要 加上 do \{\} while(0) ，因为这也是执行一次啊， 和不加不是一样的吗？  
事实上并非如此。  如果你的宏有好几行组成， 最好加上 do\{\}while(0) 保护一下  
否则 if(a)  
  dbg(); //如果dbg（）的实现是好几行， 这里就出错了 。 除非  
这样 if(a)  
     \{  
  dbg();  
\}    
但是如果你的dbg() 实现的时候 加上do \{\} while(0) ;就不用了。  
  
  
\-------------------------------------  
另外就注意：  
(\{　　　　｝）的用法：  
具体可以看看我的这个帖子：  
[http://infomax/bbs/viewthread.php?tid=106&extra=page%3D1][http_infomax_bbs_viewthread.php_tid_106_extra_page_3D1]  
事实上　，上面的例子：也可以写成这个样子：  
\#define dbg(format, arg...)                            /  
（\{                                                 /  
printk("%s: "format, MODULE\_NAME , \#\# arg);      /　       ＼  
｝）  
但是，这样用不太标准，　用ｄｏ｛｝ｗｈｉｌｅ（０）就最好。  
(\{ \}) 比较适合返回一个变量，  
比如下面的例子：  
转自内核 spinlock.h  
\#define PICK\_OP2\_RET(op, lock, flags)                                          /  
(\{                                                                 /  
        unsigned long \_\_ret;                                             /  
                                                                  /  
        if (TYPE\_EQUAL((lock), raw\_spinlock\_t))                                /  
                \_\_ret = \_\_spin\#\#op((raw\_spinlock\_t \*)(lock), flags);                   /  
        else if (TYPE\_EQUAL(lock, spinlock\_t))                                 /  
                \_\_ret = \_spin\#\#op((spinlock\_t \*)(lock), flags);                    /  
        else \_\_bad\_spinlock\_type();                                        /  
                                                                  /  
        \_\_ret;      //千万不要加上return                                   /  
\})  
  
  
  
  
  
下面供参考，  
  
  
  
一个简单的Hello,world小程序，让你体验大部分常用的gcc的C语言扩展  
[http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=953181][http_bbs.chinaunix.net_viewthread.php_tid_953181]  
  
还有下面这个 来自 [www.linuxforum.net][]  ，  说的比较经典， 当初大家都是看这个的。  
  
gcc核心扩展linuxforum  
===========================  
Linux 内核使用的 GNU C 扩展  
===========================  
GNC CC 是一个功能非常强大的跨平台 C 编译器，它对 C 语言提供了很多扩展，  
这些扩展对优化、目标代码布局、更安全的检查等方面提供了很强的支持。本文把  
支持 GNU 扩展的 C 语言称为 GNU C。  
Linux 内核代码使用了大量的 GNU C 扩展，以至于能够编译 Linux 内核的唯一编  
译器是 GNU CC，以前甚至出现过编译 Linux 内核要使用特殊的 GNU CC 版本的情  
况。本文是对 Linux 内核使用的 GNU C 扩展的一个汇总，希望当你读内核源码遇  
到不理解的语法和语义时，能从本文找到一个初步的解答，更详细的信息可以查看  
gcc.info。文中的例子取自 Linux 2.4.18。  
语句表达式  
==========  
GNU C 把包含在括号中的复合语句看做是一个表达式，称为语句表达式，它可以出  
现在任何允许表达式的地方，你可以在语句表达式中使用循环、局部变量等，原本  
只能在复合语句中使用。例如：  
\++++ include/linux/kernel.h  
159: \#define min\_t(type,x,y) /  
160:         (\{ type \_\_x = (x); type \_\_y = (y); \_\_x window\_clamp, tcp\_full\_space(sk));  
复合语句的最后一个语句应该是一个表达式，它的值将成为这个语句表达式的值。  
这里定义了一个安全的求最小值的宏，在标准 C 中，通常定义为:  
\#define min(x,y) ((x) " "%s:%d", filename, line)  
使用 \#\# 的原因是处理 arg 不匹配任何参数的情况，这时 arg 的值为空，GNU  
C 预处理器在这种特殊情况下，丢弃 \#\# 之前的逗号，这样  
    pr\_debug("success!/n")  
扩展为  
    printk("" "success!/n")  
注意最后没有逗号。  
标号元素  
========  
标准 C 要求数组或结构变量的初使化值必须以固定的顺序出现，在 GNU C 中，通  
过指定索引或结构域名，允许初始化值以任意顺序出现。指定数组索引的方法是在  
初始化值前写 '\[INDEX\] ='，要指定一个范围使用 '\[FIRST ... LAST\] =' 的形式，  
例如：  
\+++++ arch/i386/kernel/irq.c  
1079: static unsigned long irq\_affinity \[NR\_IRQS\] = \{ \[0 ... NR\_IRQS-1\] = ~0UL \};  
将数组的所有元素初使化为 ~0UL，这可以看做是一种简写形式。  
要指定结构元素，在元素值前写 'FIELDNAME:'，例如：  
\++++ fs/ext2/file.c  
41: struct file\_operations ext2\_file\_operations = \{  
42:         llseek:         generic\_file\_llseek,  
43:         read:           generic\_file\_read,  
44:         write:          generic\_file\_write,  
45:         ioctl:          ext2\_ioctl,  
46:         mmap:           generic\_file\_mmap,  
47:         open:           generic\_file\_open,  
48:         release:        ext2\_release\_file,  
49:         fsync:          ext2\_sync\_file,  
50 \};  
将结构 ext2\_file\_operations 的元素 llseek 初始化为 generic\_file\_llseek，  
元素 read 初始化为 genenric\_file\_read，依次类推。我觉得这是 GNU C 扩展中  
最好的特性之一，当结构的定义变化以至元素的偏移改变时，这种初始化方法仍然  
保证已知元素的正确性。对于未出现在初始化中的元素，其初值为 0。  
Case 范围  
=========  
GNU C 允许在一个 case 标号中指定一个连续范围的值，例如：  
\++++ arch/i386/kernel/irq.c  
1062:                         case '0' ... '9': c -= '0'; break;  
1063:                         case 'a' ... 'f': c -= 'a'-10; break;  
1064:                         case 'A' ... 'F': c -= 'A'-10; break;  
    case '0' ... '9':  
相当于  
    case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':  
    case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':  
声明的特殊属性  
==============  
GNU C 允许声明函数、变量和类型的特殊属性，以便手工的代码优化和更仔细的代  
码检查。要指定一个声明的属性，在声明后写  
    \_\_attribute\_\_ (( ATTRIBUTE ))  
其中 ATTRIBUTE 是属性说明，多个属性以逗号分隔。GNU C 支持十几个属性，这  
里介绍最常用的：  
\* noreturn  
属性 noreturn 用于函数，表示该函数从不返回。这可以让编译器生成稍微优化的  
代码，最重要的是可以消除不必要的警告信息比如未初使化的变量。例如：  
\++++ include/linux/kernel.h  
47: \# define ATTRIB\_NORET  \_\_attribute\_\_((noreturn)) ....  
61: asmlinkage NORET\_TYPE void do\_exit(long error\_code)  
        ATTRIB\_NORET;  
\* format (ARCHETYPE, STRING-INDEX, FIRST-TO-CHECK)  
属性 format 用于函数，表示该函数使用 printf, scanf 或 strftime 风格的参  
数，使用这类函数最容易犯的错误是格式串与参数不匹配，指定 format 属性可以  
让编译器根据格式串检查参数类型。例如：  
\++++ include/linux/kernel.h?  
89: asmlinkage int printk(const char \* fmt, ...)  
90:         \_\_attribute\_\_ ((format (printf, 1, 2)));  
表示第一个参数是格式串，从第二个参数起根据格式串检查参数。  
\* unused  
属性 unused 用于函数和变量，表示该函数或变量可能不使用，这个属性可以避免  
编译器产生警告信息。  
\* section ("section-name")  
属性 section 用于函数和变量，通常编译器将函数放在 .text 节，变量放在  
.data 或 .bss 节，使用 section 属性，可以让编译器将函数或变量放在指定的  
节中。例如：  
\++++ include/linux/init.h  
78: \#define \_\_init          \_\_attribute\_\_ ((\_\_section\_\_ (".text.init")))  
79: \#define \_\_exit          \_\_attribute\_\_ ((unused, \_\_section\_\_(".text.exit")))  
80: \#define \_\_initdata      \_\_attribute\_\_ ((\_\_section\_\_ (".data.init")))  
81: \#define \_\_exitdata      \_\_attribute\_\_ ((unused, \_\_section\_\_ (".data.exit")))  
82: \#define \_\_initsetup     \_\_attribute\_\_ ((unused,\_\_section\_\_ (".setup.init")))  
83: \#define \_\_init\_call     \_\_attribute\_\_ ((unused,\_\_section\_\_ (".initcall.init")))  
84: \#define \_\_exit\_call     \_\_attribute\_\_ ((unused,\_\_section\_\_ (".exitcall.exit")))  
连接器可以把相同节的代码或数据安排在一起，Linux 内核很喜欢使用这种技术，  
例如系统的初始化代码被安排在单独的一个节，在初始化结束后就可以释放这部分  
内存。  
\* aligned (ALIGNMENT)  
属性 aligned 用于变量、结构或联合类型，指定变量、结构域、结构或联合的对  
齐量，以字节为单位，例如：  
\++++ include/asm-i386/processor.h  
294: struct i387\_fxsave\_struct \{  
295:         unsigned short  cwd;  
296:         unsigned short  swd;  
297:         unsigned short  twd;  
298:         unsigned short  fop;  
299:         long    fip;  
300:         long    fcs;  
301:         long    foo;  
......  
308: \} \_\_attribute\_\_ ((aligned (16)));  
表示该结构类型的变量以 16 字节对齐。通常编译器会选择合适的对齐量，显示指  
定对齐通常是由于体系限制、优化等原因。  
\* packed  
属性 packed 用于变量和类型，用于变量或结构域时表示使用最小可能的对齐，用  
于枚举、结构或联合类型时表示该类型使用最小的内存。例如：  
\++++ include/asm-i386/desc.h  
51: struct Xgt\_desc\_struct \{  
52:         unsigned short size;  
53:         unsigned long address \_\_attribute\_\_((packed));  
54: \};  
域 address 将紧接着 size 分配。属性 packed 的用途大多是定义硬件相关的结  
构，使元素之间没有因对齐而造成的空洞。  
当前函数名  
==========  
GNU CC 预定义了两个标志符保存当前函数的名字，\_\_FUNCTION\_\_ 保存函数在源码  
中的名字，\_\_PRETTY\_FUNCTION\_\_ 保存带语言特色的名字。在 C 函数中，这两个  
名字是相同的，在 C++ 函数中，\_\_PRETTY\_FUNCTION\_\_ 包括函数返回类型等额外  
信息，Linux 内核只使用了 \_\_FUNCTION\_\_。  
\++++ fs/ext2/super.c  
98: void ext2\_update\_dynamic\_rev(struct super\_block \*sb)  
99: \{  
100:         struct ext2\_super\_block \*es = EXT2\_SB(sb)->s\_es;  
101:  
102:         if (le32\_to\_cpu(es->s\_rev\_level) > EXT2\_GOOD\_OLD\_REV)  
103:                 return;  
104:  
105:         ext2\_warning(sb, \_\_FUNCTION\_\_,  
106:                      "updating to rev %d because of new feature flag, "  
107:                      "running e2fsck is recommended",  
108:                      EXT2\_DYNAMIC\_REV);  
这里 \_\_FUNCTION\_\_ 将被替换为字符串 "ext2\_update\_dynamic\_rev"。虽然  
\_\_FUNCTION\_\_ 看起来类似于标准 C 中的 \_\_FILE\_\_，但实际上 \_\_FUNCTION\_\_  
是被编译器替换的，不象 \_\_FILE\_\_ 被预处理器替换。  
内建函数  
========  
GNU C 提供了大量的内建函数，其中很多是标准 C 库函数的内建版本，例如  
memcpy，它们与对应的 C 库函数功能相同，本文不讨论这类函数，其他内建函数  
的名字通常以 \_\_builtin 开始。  
\* \_\_builtin\_return\_address (LEVEL)  
内建函数 \_\_builtin\_return\_address 返回当前函数或其调用者的返回地址，参数  
LEVEL 指定在栈上搜索框架的个数，0 表示当前函数的返回地址，1 表示当前函数  
的调用者的返回地址，依此类推。例如：  
\++++ kernel/sched.c  
437:                 printk(KERN\_ERR "schedule\_timeout: wrong timeout "  
438:                        "value %lx from %p/n", timeout,  
439:                        \_\_builtin\_return\_address(0));  
\* \_\_builtin\_constant\_p(EXP)  
内建函数 \_\_builtin\_constant\_p 用于判断一个值是否为编译时常数，如果参数  
EXP 的值是常数，函数返回 1，否则返回 0。例如：  
\++++ include/asm-i386/bitops.h  
249: \#define test\_bit(nr,addr) /  
250: (\_\_builtin\_constant\_p(nr) ? /  
251:  constant\_test\_bit((nr),(addr)) : /  
252:  variable\_test\_bit((nr),(addr)))  
很多计算或操作在参数为常数时有更优化的实现，在 GNU C 中用上面的方法可以  
根据参数是否为常数，只编译常数版本或非常数版本，这样既不失通用性，又能在  
参数是常数时编译出最优化的代码。  
\* \_\_builtin\_expect(EXP, C)  
内建函数 \_\_builtin\_expect 用于为编译器提供分支预测信息，其返回值是整数表  
达式 EXP 的值，C 的值必须是编译时常数。例如：  
\++++ include/linux/compiler.h  
13: \#define likely(x)       \_\_builtin\_expect((x),1)  
14: \#define unlikely(x)     \_\_builtin\_expect((x),0)  
\++++ kernel/sched.c  
564:         if (unlikely(in\_interrupt())) \{  
565:                 printk("Scheduling in interrupt/n");  
566:                 BUG();  
567:         \}  
这个内建函数的语义是 EXP 的预期值是 C，编译器可以根据这个信息适当地重排  
语句块的顺序，使程序在预期的情况下有更高的执行效率。上面的例子表示处于中  
断上下文是很少发生的，第 565-566 行的目标码可能会放在较远的位置，以保证  
经常执行的目标码更紧凑。

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