Разработка ядра Linux - Роберт Лав

Таблица 19.1. Поддерживаемые аппаратные платформы

Аппаратная платформа Описание Размер машинного слова alpha Digital Alpha 64 бит arm ARM и StrongARM 32 бит cris CRIS 32 бит h8300 H8/300 32 бит I386 Intel x86 32 бит ia64 IA-64 64 бит m68k Motorola 68k 32 бит m86knommu m68k без устройства MMU 32 бит mips MIPS 32 бит mips64 64-разрядная MIPS 64 бит parisc HP PA-RISC 32 бит, или 64 бит ppc PowerPC 32 бит ppc64 POWER 64 бит s390 IBM S/390 32 бит, или 64 бит sh Hitachi SH 32 бит sparс SPARC 32 бит sparc64 UltraSPARC 64 бит um Usermode Linux 32 бит, или 64 бит v850 v850 32 бит x86_64 X86-64 64 бит

Стандарт языка С явно указывает, что размер памяти, которую занимают переменные стандартных типов данных, зависит от аппаратной реализации[93], при этом также определяется минимально возможный размер типа. Неопределенность размеров стандартных типов языка С для различных аппаратных платформ имеет свои положительные и отрицательные стороны. К плюсам можно отнести то, что для стандартных типов языка С можно пользоваться преимуществами, связанными с размером машинного слова, а также отсутствие необходимости явного указания размера. Для ОС Linux размер типа long гарантированно равен размеру машинного слова. Это не совсем соответствует стандарту ANSI С, однако является стандартной практикой в ОС Linux. Как недостаток можно отметить, что при разработке кода нельзя рассчитывать на то, что данные определенного типа занимают в памяти определенный размер. Более того, нельзя гарантировать, что переменные типа int занимают столько же памяти, сколько и переменные типа long[94].

Ситуация еще более запутывается тем, что одни и те же типы данных в пространстве пользователя и в пространстве ядра не обязательно должны соответствовать друг другу. Аппаратная платформа sparc64 предоставляет 32-разрядное пространство пользователя, а поэтому указатели, типы int и long имеют размер 32 бит. Однако в пространстве ядра для аппаратной платформы размер типа int равен 32 бит, а размер указателей и типа long равен 64 бит. Тем не менее такая ситуация не является обычной.

Всегда необходимо помнить о следующем.

• Как и требует стандарт языка С, размер типа char всегда равен 8 бит (1 байт),

• Нет никакой гарантии, что размер типа int для всех поддерживаемых аппаратных платформ будет равен 32 бит, хотя сейчас для всех платформ он равен именно этому числу.

• То же касается и типа short, который для всех поддерживаемых аппаратных платформ сейчас равен 16 бит.

• Никогда нельзя надеяться, что тип long или указатель имеет некоторый заданный размер. Этот размер для поддерживаемых аппаратных платформ может быть равен 32, или 64 бит.

• Так как размер типа long разный для различных аппаратных платформ, никогда нельзя предполагать, что sizeof(int) == sizeof(long).

• Точно так же нельзя предполагать, что размер типа int и размер указателя совпадают.

Скрытые типы данных

Скрытые (opaque) типы данных — это те типы, для которых не раскрывается их внутренняя структура, или формат. Они похожи на черный ящик, насколько это можно реализовать в языке программирования С. В этом языке программирования нет какой-либо особенной поддержки для этих типов. Вместо этого, разработчики определяют новый тип данных через оператор typedef, называют его скрытым и надеются на то, что никто не будет преобразовывать этот тип в стандартный тип данных языка С. Любые использования данных этих типов возможны только через специальные интерфейсы, которые также создаются разработчиком. Примером может быть тип данных pid_t, в котором хранится информация об идентификаторе процесса. Размер этого типа данных не раскрывается, хотя каждый может смошенничать, использовать размер по максимуму и работать с этим типом, как с типом int. Если нигде явно не используется размер скрытого типа данных, то размер этого типа может быть изменен, и это не вызовет никаких проблем. На самом деле так уже однажды случилось: в старых Unix-подобных операционных системах тип pid_t был определен как short.

Еще один пример скрытого типа данных — это тип atomic_t. Как уже обсуждалось в главе 9, "Средства синхронизации в ядре", этот тип содержит данные целочисленного типа, с которыми можно выполнять атомарные операции. Хотя этот тип и соответствует типу int, использование скрытого типа данных позволяет гарантировать, что данные этого типа будут использоваться только в специальных функциях, которые выполняют атомарные операции. Скрытые типы позволяют скрыть размер типа данных, который не всегда равен полным 32 разрядам, как в случае платформы SPARC.

Другие примеры скрытых типов данных в ядре — это dev_t, gid_t и uid_t. При работе со скрытыми типами данных необходимо помнить о следующем.

• Нельзя предполагать, что данные скрытого типа имеют некоторый определенный размер в памяти.

• Нельзя преобразовывать скрытый тип обратно в стандартный тип данных.

Разрабатывать код необходимо с учетом того, что размер и внутреннее представление скрытого типа данных могут изменяться.

Специальные типы данных

Некоторые данные в ядре, кроме того, что представляются с помощью скрытых типов, требуют еще и специальных типов данных. Два примера — счетчик импульсов системного таймера jiffies и параметр flags, используемый для обработки прерываний. Для хранения этих данных всегда должен использоваться тип unsigned long.

При хранении и использовании специфических данных всегда необходимо обращать особенное внимание на тот тип данных, который представляет эти данные, и использовать именно его. Часто встречающейся ошибкой является использование другого типа, например типа unsigned int. Хотя для 32-разрядных аппаратных платформ это не приведет к проблемам, на 64-разрядных системах возникнут проблемы.

Типы с явным указанием размера

Часто при программировании необходимы типы данных заданного размера. Обычно это необходимо для удовлетворения некоторых внешних требований, связанных с аппаратным обеспечением, сетью или бинарной совместимостью. Например, звуковой адаптер может иметь 32-разрядный регистр, пакет сетевого протокола — 16-разрядное поле данных, а исполняемый файл — 8 битовый идентификатор cookie. В этих случаях тип, который представляет данные, должен иметь точно заданный размер.

В ядре типы данных явно заданного размера определены в файле <asm/types.h>, который включается из файла <linux/types.h>. В табл. 19.2 приведен полный список таких типов данных.

Таблица 19.2. Типы данных явно заданного размера

Тип Описание s8 байт со знаком u8 байт без знака s16 16-разрядное целое число со знаком u16 16-разрядное целое число без знака s32 32-разрядное целое число со знаком u32 32-разрядное целое число без знака s64 64-разрядное целое число со знаком u64 64-разрядное целое число без знака

Варианты со знаком используются редко.