Разработка ядра Linux

Лав Роберт

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] .

93

За исключением размера типа

char

, который всегда равен 8 бит.

94

На самом деле, для 64-разрядных аппаратных платформ, которые поддерживаются ОС Linux, размеры типов

int

и

long

не совпадают. Размер типа int равен 32 бит, а размер типа

long

— 64 бит. Для хорошо знакомых 32-разрядных аппаратных платформ оба типа данных имеют размер 32 бит.

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.

Эти типы данных, с явно заданным размером, просто определены с помощью оператора

typedef

через стандартные типы данных языка С. Для 64-разрядной машины они могут быть определены следующим образом.

typedef signed char s8;

typedef unsigned char u8;

typedef signed short s16;

typedef unsigned short u16;

typedef signed int s32;

typedef unsigned int u32;