c - C中如何保证全局符号的唯一性并限制其作用域？

Question

下面是 Linux 内核中用于 per-cpu valuables 的技巧。正如评论所说，它可以实现这两个目标:

1.执行范围。

2.确保唯一性，即使是静态的。

魔术是这样玩的(为简单起见，我用一些 MACRO 代替):

/*
 * __pcpu_scope_* dummy variable is used to enforce scope.  It
 * receives the static modifier when it's used in front of
 * DEFINE_PER_CPU() and will trigger build failure if
 * DECLARE_PER_CPU() is used for the same variable.
 *
 * __pcpu_unique_* dummy variable is used to enforce symbol uniqueness
 * such that hidden weak symbol collision, which will cause unrelated
 * variables to share the same address, can be detected during build.
 */
 #define DECLARE_PER_CPU_SECTION(type, name, sec)                        \
 extern __attribute__((section(".discard"), unused))                     \
               char __pcpu_scope_##name;                                 \
 extern __attribute__((section(sec))) __typeof__(type) name

 #define DEFINE_PER_CPU_SECTION(type, name, sec)                         \
 __attribute__((section(".discard"), unused)) char __pcpu_scope_##name;  \
 extern __attribute__((section(".discard"), unused))                     \
             char __pcpu_unique_##name;                                  \
 __attribute__((section(".discard"), unused)) char __pcpu_unique_##name; \
 __attribute__((section(sec)))  __attribute__((weak))                    \
              __typeof__(type) name

我的问题是

1. 目标 1。它如何执行范围？它是不是这样工作的:

   当 DECLARE* 和 DEFINE* 存在于同一个翻译单元时，它把有问题的内部链接变量，因此，任何额外的 DECLARE*相同的变量将触发构建失败(因为他们不同意链接)

   但如果这是真的，那么

   • interal-linkage-receivement 是如何工作的？从C99 6.9.2.2(External object definitions)开始，这种情况只发生在tentative definition，但这种情况好像不是tentative definition？
   • 这不会违反“一个定义和多个声明都可以”规则吗？

2. 对于目标 #2，两个 __pcpu_unique_##name decalation(确切地说，一个是声明，另一个是定义)似乎与 __pcpu_scope_##name 发挥相同的 trcik，那么它是如何实现的有助于确保唯一性？

仅供引用，有问题的代码可以在这里查看: http://lxr.linux.no/linux+v3.9/include/linux/percpu-defs.h#L61

Answer 1

我不认为这是由编译器强制执行的。查看ARM vmlinux.lds.S , vmlinux.lds.h和 percpu.h ; 链接器文件 被预处理以使用内核 配置变量。 ".discard" 部分是一堆符号，会导致多个定义的链接冲突；但是它们被丢弃并且没有变成二进制文件。

查看宏PER_CPU、PER_CPU_FIRST、PER_CPU_SHARED_ALIGNED等。这些宏只需要一个输入和名称。

您的宏 扩展不太正确。

 #define DECLARE_PER_CPU_SECTION(type, name, sec)                        \
 extern __attribute__((section(".discard"), unused))                     \
               char __pcpu_scope_##name;                                 \
 extern __attribute__((section(PER_CPU_BASE_SECTION sec))) __typeof__(type) name

sec参数实际上是一个子节；注意 PER_CPU_BASE_SECTION 和字符串连接。

据我了解，它接收静态修饰符... 似乎具有误导性。最好表达为如果 它接收...。所以这些情况是不同的，

static DEFINE_PER_CPU_PAGE_ALIGNED(... /* Cause error with DECLARE */
DEFINE_PER_CPU(unsigned int, irq_count) = -1; /* Fine with DECLARE */

无论如何，这不是由编译器强制执行的，而是由 GNU 链接器(或至少两者)执行的，因为重要的是这些值是缓存对齐的，在某些情况下缓存大小由 kbuild 基础设施配置。

同样重要的是要注意前面与代码生成相关的评论，

 * s390 and alpha modules require percpu variables to be defined as
 * weak to force the compiler to generate GOT based external
 * references for them.  This is necessary because percpu sections
 * will be located outside of the usually addressable area.
 * This definition puts the following two extra restrictions when
 * defining percpu variables.
 *
 * 1. The symbol must be globally unique, even the static ones.
 * 2. Static percpu variables cannot be defined inside a function.
 *
 * Archs which need weak percpu definitions should define
 * ARCH_NEEDS_WEAK_PER_CPU in asm/percpu.h when necessary.

即，__attribute__((weak)) 不是用于符号解析，而是用于代码生成副作用。有一个 #else 条件，其中 weak 并发症不受干扰。

现在简要回答您的问题，

For Goal #1. How could it enforce scope?

static 和non-static 声明结果，

DECLARE_PER_CPU_PAGE_ALIGNED(int,foobar);
static DEFINE_PER_CPU_PAGE_ALIGNED(int,foobar);

For Goal #2, ... __pcpu_unique_##name, then how it help to ensure the uniqueness ?

多个 weak 符号不会导致错误。 __pcpu_unique_##name 不是weak 所以它被用来强制执行uniqueness 因为 weak 被用于代码生成原因。

参见 Gcc's function attributes并搜索 weak，以防 weak 的正常目的不被理解。