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[gcc] gcc 확장 __builtin_constant_p(exp)

다솜돌이 Leave a comment

Documentation/CodingStyle에서 inline disease 에 언급된 (slab 기준) kmalloc 구현을 살펴보다가 눈에 띄어서 정리해 둔다.
__builtin_constant_p(exp) 는 컴파일 타임에 상수로 정해질 수 있는 경우에 1을, 아닌 경우에는 0을 리턴한다. 따라서 이 조건에 따라 다른 코드를 사용함으로 써 최적화할 수 있도록 할 수 있다.

(이 글을 쓰는 시점인 v3.3-rc6 기준)kmalloc 의 경우 다음과 같이 구현되어 있다.

include/linux/slab_def.h

static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags) 

{
	struct kmem_cache *cachep;
	void *ret;

	if (__builtin_constant_p(size)) {
		int i = 0;

		if (!size)
			return ZERO_SIZE_PTR;

#define CACHE(x) \
		if (size <= x) \
			goto found; \
		else \
			i++;
#include <linux/kmalloc_sizes.h>
#undef CACHE
		return NULL;
found:
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
		if (flags & GFP_DMA)
			cachep = malloc_sizes[i].cs_dmacachep;
		else
#endif
			cachep = malloc_sizes[i].cs_cachep;

		ret = kmem_cache_alloc_trace(size, cachep, flags);

		return ret;
	}
	return __kmalloc(size, flags);
}

이외에도 __always_inline 사용, CACHE(x) 매크로를 상황에 따라 define하고 linux/kmalloc_sizes.h 헤더를 include 하여 사용하는 부분은 매우 흥미롭다. __always_inline 은 gcc의 function attribute 를 이용한다.

이 글의 라이센스는 GPL 을 따른다(This document is released under the GPL licence.).

참고 : 
http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.3/gcc/Other-Builtins.html 

Linux Kernel 의 Memory barrier 구현

다솜돌이 Leave a comment

Linux Kernel의 프로세스 상태 변경 매크로(set_task_state, set_current_state)를 살펴보다가 ARM 아키텍처에서 다음과 같이 구현된 것을 보았다.

include/linux/sched.h

#define set_task_state(tsk, state_value)        \
    set_mb((tsk)->state, (state_value))
#define set_current_state(state_value)        \
    set_mb(current->state, (state_value))

set_mb 매크로는 시스템마다 다르게 구현되어 있는데 ARM 쪽을 따라가보면 다음과 같이 쓰여져 있다.

arch/arm/include/asm/system.h

#define dmb() __asm__ __volatile__ (“” : : : “memory”)

#define smp_mb()    dmb()

#define set_mb(var, value)    do { var = value; smp_mb(); } while (0)

do-while-0 구문에 대해서는 이 글을 참고하도록 하고, memory barrier에 대해서는 이 글을 참고하라. dmb() 의 inline assembly의 구조와 설명은 이 글을 참고하자.

참고된 글을 정리하자면, 명령이 R, W, R, W, R, W 순으로 사용된다면, 이를 하드웨어 혹은 소프트웨어 적으로 R, R, R, W, W, W 순으로 배열하는 등의 최적화를 할 수 있는데, 이 때 명령의 순서를 보장해 주는 역할로써 Memory barrier 라는 것을 구현해서 사용한다. 이는 하드웨어적으로 혹은 소프트웨어적으로 구현되는데 하드웨어적인 방법은 CPU 자체의 명령으로 구현되는 등의 방법이 사용될 수 있고, 소프트웨어적으로 구현될 때 위와 같이 구현될 수 있다.
위 구문은 gcc inline assembly의 확장으로 clobber list에 “memory”를 적어넣어 해당 명령(“” – 아무 명령도 수행하지 않음)을 수행한 후에 변경되는 것이 메모리 타입 저장장치(모든 레지스터, 모든 플래그, 모든 메모리)임을 나타낸다. gcc는 이럴경우 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”) 경계를 넘어가는 최적화 또는 instruction scheduling을 수행하지 않기 때문에 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”)를 사용하면 이전 코드의 수행 완료를 보장할 수 있고 이후 코드가 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”) 이전에 수행되는것을 방지 할수 있다. 별개로 volatile의 경우 읽기 연산에서 메모리에서 한번 읽어온 데이터를 레지스터에 저장해서 사용하는 것이 아닌 사용할 때마다 메모리 참조를 통해 가져오도록 한다.

매크로에서 do { … } while(0) 을 사용하는 이유

다솜돌이 3 Comments

리눅스 커널 소스를 살펴보다가 헤더쪽의 매크로에서 “do { … } while(0)” 와 같은 것이 많이 쓰인 것을 보았다.
당연히 { … } 이 한번만 실행되고 끝나는 건데, 왜 이렇게 했을까 궁금해서 찾아보았다.

정리하자면,

1. 빈 문장(“;”)은 컴파일러에서 Warning 을 발생시키므로 이를 방지!
2. 지역변수를 할당할 수 있는 Basic block 을 쓸 수 있다.
3. 조건문에서 복잡한 문장을 사용할 수 있다. 예를 들면 다음과 같은 코드가 있다고 했을 때,

#define FOO(x) \
        printf(“arg is %s\n”, x); \
        do_something_useful(x);

다음과 같이 이 매크로를 사용한다면,

if (blah == 2)
        FOO(blah);

이렇게 해석되어서 쓰여진다.

if (blah == 2)
        printf(“arg is %s\n”, blah);
        do_something_useful(blah);;

뭐가 문제냐고? do_something_useful(blah); 는 조건에 관계없이 수행된다. 이는 원하는 결과가 아니다. 하지만 do { … } while(0) 를 쓴다면 다음과 같이 해석될 것이다.

if (blah == 2)
        do {
                printf(“arg is %s\n”, blah);
                do_something_useful(blah);
        } while (0);

정확히 원하는 결과를 얻을 수 있다.

4. 3번과 같은 경우에 다음과 같이 사용할 수도 있지 않냐고 생각할 수 있다.

#define exch(x,y) { int tmp; tmp=x; x=y; y=tmp; }

그러나 다음과 같은 경우에는 원하는데로 동작하지 않는다.

if (x > y)
        exch(x,y);          // Branch 1
else 
        do_something();     // Branch 2

왜냐하면 다음과 같이 해석되기 때문이다.

if (x > y) {                // Single-branch if-statement!!!
        int tmp;            // The one and only branch consists
        tmp = x;            // of the block.
        x = y;
        y = tmp;
}
;                           // empty statement
else                        // ERROR!!! “parse error before else”
        do_something();

do { … } while(0) 를 사용하면 다음과 같이 해석되어 원하는 의도대로 정확히 쓸 수 있다.

if (x > y)
        do {
                int tmp;
                tmp = x;
                x = y;
                y = tmp;
        } while(0);
else
        do_something();

5. gcc에서는 Statements and Declarations in Expressions 확장을 사용할 수 있다. 이는 위에서 본 do-while-0 Block 대신 쓸 수 있다.

참고 :    KLDP의 “의미없는 do while 문“

kernelnewbies.org의 “FAQ/DoWhile0“