Разработка ядра Linux (Второе издание)

Обратите внимание на то, что для аппаратной платформы с обратным порядком байтов самый старший байт записывается в самый минимальный адрес памяти.

И наконец, еще один пример — фрагмент кода, который позволяет определить порядок байтов для той аппаратной платформы, на которой он выполняется.

int x = 1;
if (*(char*)&x == 1)
 /* прямой порядок */
else
 /* обратный порядок */

Этот пример работает как в ядре, так и в пространстве пользователя.

История терминов big-endian и little-endian

Термины big-endian и little-endian заимствованы из сатирического романа Джонатана Свифта "Путешествие Гулливера", который был издан в 1726 году. В этом романс наиболее важной политической проблемой народа лилипутов была проблема, с какого конца следует разбивать яйцо: с тупого (big) или острого (little). Тех, кто предпочитал тупой конец называли "тупоконечниками" (big-endian), тех же, кто предпочитал острый конец, называли "остроконечниками" (little-endian).

Аналогия между дебатами лилипутов и спорами о том, какой порядок байтов лучше, говорит о том, что это вопрос больше политический, чем технический.

Порядок байтов в ядре

Для каждой аппаратной платформы, которая поддерживается ядром Linux, в файле <asm/byteorder.h> определена одна из двух констант __BIG_ENDIAN или __LITTLE_ENDIAN, в соответствии с используемым порядком байтов.

В этот заголовочный файл также включаются макросы из каталога include/linux/byteorder/, которые помогают конвертировать один порядок байтов в другой. Ниже показаны наиболее часто используемые макросы.

u32 __cpu_to_be32(u32); /* преобразовать порядок байтов текущего
 процессора в порядок big-endian */
u32 __cpu_to_le32(u32); /* преобразовать порядок байтов текущего
 процессора в порядок little-endian */
u32 __be32_to_cpu(u32); /* преобразовать порядок байтов big-endian в
 порядок байтов текущего процессора */
u32 __lе32_to_cpu(u32); /* преобразовать порядок байтов little-endian
 в порядок байтов текущего процессора */

Эти макросы выполняют преобразование одного порядка байтов в другой. В случае когда порядки байтов, между которыми выполняется преобразование, одинаковы (например, если выполняется преобразование в обратный порядку байтов и процессор тоже использует такой же порядок), то эти макросы не делают ничего. В противном случае возвращается преобразованное значение.

Таймер

Никогда нельзя привязываться к какой-либо конкретной частоте генерации прерывания системного таймера и, соответственно, к тому, сколько раз в секунду изменяется переменная jiffies. Всегда необходимо использовать константу HZ, чтобы корректно определять интервалы времени. Это очень важно, потому что значение частоты системного таймера может отличаться не только для разных аппаратных платформ, но и для одной аппаратной платформы при использовании разных версий ядра.

Например, константа HZ для аппаратной платформы x86 сейчас равна 1000. Это значит, что прерывание таймера возникает 1000 раз в секунду, или каждую миллисекунду. Однако до серии ядер 2.6 для аппаратной платформы x86 значение константы HZ было равно 100. Для разных аппаратных платформ эти значения отличаются: для аппаратной платформы alpha константа HZ равна 1024, а для платформы ARM — 100.

Никогда нельзя сравнивать значение переменной jiffies с числом, таким как 1000, и думать, что это всегда будет означать одно и то же. Для получения интервалов времени необходимо всегда умножать или делить на константу HZ, как в следующем примере.

HZ /* одна секунда */
(2*HZ) /* две секунды */
(HZ/2) /* полсекунды */
(HZ/100) /* 10 мс */
(2*HZ/100) /* 20 мс */

Константа HZ определена в файле <asm/param.h>. Об этом подробно рассказано в главе 10, "Таймеры и управление временем".

Размер страницы памяти

При работе со страницами памяти никогда нельзя привязываться к конкретному размеру страницы. Программисты, которые разрабатывают для аппаратной платформы x86, часто делают ошибку, считая, что размер страницы всегда равен 4 Кбайта. Хотя это справедливо для платформы x86, для других аппаратных платформ размер станицы может быть другим. Некоторые аппаратные платформы поддерживают несколько размеров страниц! В табл. 19.1 приведен список размеров страниц памяти для всех поддерживаемых аппаратных платформ.

Таблица 19.4. Размеры страниц памяти для разных аппаратных платформ

Аппаратная платформа	Значение PAGE_SHIFT	Значение PAGE_SIZE
alpha	13	8 Кбайт
arm	12, 14, 15	4 Кбайт, 16 Кбайт, 32 Кбайт
cris	13	8 Кбайт
h8300	12	4 Кбайт
i386	12	4 Кбайт
ia64	12, 13, 14, 16	4 Кбайт, 8 Кбайт, 32 Кбайт, 64 Кбайт
m68k	12, 13	4 Кбайт, 8 Кбайт
m86knommu	12	4 Кбайт
mips	12	4 Кбайт
mips64	12	4 Кбайт
parisc	12	4 Кбайт
ppc	12	4 Кбайт
ppc64	12	4 Кбайт
s390	12	4 Кбайт
sh	12	4 Кбайт
spare	12,13	4 Кбайт, 8 Кбайт
sparc64	13	8 Кбайт
v850	12	4 Кбайт
x86_64	12	4 Кбайт

При работе со страницами памяти необходимо использовать константу PAGE_SIZE, которая содержит размер страницы памяти в байтах.

Значение макроса PAGE_SHIFT — это количество битов, на которое необходимо сдвинуть влево значение адреса, чтобы получить номер соответствующей страницы памяти. Например, для аппаратной платформы x86, для которой размер страницы равен 4 Кбайт, макрос PAGE_SIZE равен 4096, а макрос PAGE_SHIFT — 12. Эти значения содержатся в заголовочном файле <asm/page.h>.

Порядок выполнения операций процессором

Вспомните из материала главы 9, "Средства синхронизации в ядре", что для различных аппаратных платформ процессоры в разной степени изменяют порядок выполнения программных инструкций. Для некоторых процессоров порядок выполнения операций строго соблюдается, запись данных в память и считывание данных из памяти выполняются в строго указанном в программе порядке. Другие процессоры имеют ослабленные требования к порядку выполнения операций считывания и записи данных и могут изменять порядок выполнения этих операций с целью оптимизации.