Linux内核 -- 多核操作之on_each_cpu函数实现与使用

使用 `on_each_cpu` 在多核系统中执行对称操作

背景介绍

在多核系统中，有时需要在每个 CPU 上执行特定的操作。这种操作需要确保每个 CPU 都能执行相同的函数，以实现对称的处理。在 Linux 内核中，提供了一个标准函数 on_each_cpu，可以方便地实现这一需求。

`on_each_cpu` 函数介绍

函数原型

int on_each_cpu(void (*func)(void *info), void *info, int wait);

func：要在每个 CPU 上执行的函数。
info：传递给 func 的参数。
wait：是否等待所有 CPU 完成函数执行。0 表示不等待，1 表示等待。

使用示例

以下是一个示例，展示如何使用 on_each_cpu 在每个 CPU 上执行一个简单的函数：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/smp.h>
#include <linux/delay.h>static void print_hello(void *info)
{printk(KERN_INFO "Hello from CPU %d\n", smp_processor_id());
}static int __init hello_init(void)
{on_each_cpu(print_hello, NULL, 1);return 0;
}static void __exit hello_exit(void)
{
}module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of on_each_cpu");

在这个示例中，print_hello 函数将在每个 CPU 上执行，并打印当前 CPU 的 ID。

`on_each_cpu` 的实现原理

on_each_cpu 的实现涉及到在多核系统中调度和执行函数。其核心思想是通过 IPIs（Inter-Processor Interrupts）在每个 CPU 上触发函数执行。

实现步骤

发送 IPI：向所有 CPU 发送 IPI，通知它们执行指定的函数。
执行函数：每个 CPU 在接收到 IPI 后，执行指定的函数。
等待完成：如果 wait 参数为 1，则等待所有 CPU 完成函数执行。

代码实现

以下是 on_each_cpu 的简化实现示例，省略了一些复杂的细节：

void on_each_cpu(void (*func)(void *info), void *info, int wait)
{int cpu;for_each_online_cpu(cpu) {smp_call_function_single(cpu, func, info, wait);}
}

on_each_cpu 实际上调用了 smp_call_function_single，后者用于在指定的 CPU 上执行函数。

`smp_call_function_single` 的实现

smp_call_function_single 是一个更底层的函数，它负责向单个 CPU 发送 IPI 并执行函数。其简化实现如下：

int smp_call_function_single(int cpu, void (*func)(void *info), void *info, int wait)
{// 向指定 CPU 发送 IPIsend_IPI(cpu);// 执行函数if (cpu == smp_processor_id()) {// 在当前 CPU 上直接执行func(info);} else {// 在其他 CPU 上，通过 IPI 执行enqueue_function(cpu, func, info);if (wait) {// 等待目标 CPU 完成执行wait_for_completion(cpu);}}return 0;
}