Linux Driver

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苏木2026-01-20
1774
7.7m

LV005-代码优化 ​

驱动中一些地方还可以做一些优化来提高稳定性和效率，怎么优化？

一、用户空间内存块检测 ​

但是其实这个不检查也问题不大，因为我们一般在用户空间肯定会做检查，检查完毕才会继续往下执行。

1. access_ok()函数 ​

这个函数的作用是检查用户空间内存块是否可用，它 可能 的定义如下：

c
access_ok(type, addr, size);
// 或者
access_ok(addr, size);

参数说明：

  • type ：Type of access，VERIFY_READ or VERIFY_WRITE。请注意，VERIFY_WRITE 是 VERIFY_READ 的超集——如果写入一个块是安全的，那么从它读取总是安全的。另外，这个参数并不是一定有，这个后面的版本问题会提到。

  • addr：要检查的块的开始的用户空间指针

  • size：要检查的块的大小

【返回值】 此函数检查用户空间中的内存块是否可用。如果可用，则返回真(非 0 值)，否则返回假 (0) 。

2. 头文件包含 ​

c
#define access_ok(type, addr, size)	(__range_ok(addr, size) == 0)
c
#define access_ok(type, addr, size) __access_ok((unsigned long)(addr),(size))

虽然实现有些区别，但是功能都是一样的，那么我们写代码的时候要怎么包含头文件？其实写代码的时候要包含的是这个：uaccess.h - include/linux/uaccess.h，在这个头文件中，并没有实现这个宏，但是它包含了对应的头文件：

image-20250213102453259

所以在驱动中使用的时候包含下边这个头文件即可：

c
#include <linux/uaccess.h> /* access_ok */

3. 版本问题 ​

3.1 access_ok()在不同内核版本中的定义 ​

其实这里有个坑，那就是函数的参数问题，在一些内核版本中是没有 type 参数的，例如：uaccess.h - arch/arm/include/asm/uaccess.h - Linux source code v5.0-rc1：

c
#define access_ok(addr, size)	(__range_ok(addr, size) == 0)

在 uaccess.h - arch/arm/include/asm/uaccess.h - Linux source code v4.20.17 中是这样的：

c
#define access_ok(type, addr, size)	(__range_ok(addr, size) == 0)

我看了一下，kernel 官网的版本，到写这个笔记为止，v4.x 版本中最新的是 v4.20.17，还是三个参数，到了 v5.x 版本，最早的一个是 v5.0-rc1，在 5.0 的版本中已经都是 2 个参数了。

3.2 怎么兼容不同的内核源码？ ​

那我们写的驱动最好是要兼容不同的内核源码，那这里怎么兼容？要是可以获取到内核源码的版本就好了，内核中已经为我们提供了相应的版本号，是定义在 linux 源码 include/generated/uapi/linux/version.h 文件中的。但是下载 linux kernel 源码中是么有这个文件？？？它其实是在编译过程中生成，在 Makefile 中生成的规则如下：

makefile
define filechk_version.h
	(echo \#define LINUX_VERSION_CODE $(shell                         \
	expr $(VERSION) \* 65536 + 0$(PATCHLEVEL) \* 256 + 0$(SUBLEVEL)); \
	echo '#define KERNEL_VERSION(a,b,c) (((a) << 16) + ((b) << 8) + (c))';)
endef

可以看到，这里其实为我们提供了两个宏定义：

c
#define LINUX_VERSION_CODE 330384
#define KERNEL_VERSION(a,b,c) (((a) << 16) + ((b) << 8) + ((c) > 255 ? 255 : (c)))

LINUX_VERSION_CODE 是根据 Makefile 中的版本号计算出来的当前 linux 内核源码的版本，KERNEL_VERSION 是给我们用来计算某个版本的 LINUX_VERSION_CODE 的宏，比如我们可以在内核中这样使用：

c
#include <linux/version.h>

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(5,15,0)
	printk("Running on kernel 5.15 or newer\n");
#elif LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(5,10,0)
	printk("Running on kernel 5.10-5.14\n");
#else
	printk("Legacy kernel (<5.10)\n");
#endif

使用的时候需要包含一个头文件：linux/version.h，具体呢，我也没找到，没有深究了，知道可以这样用就行了：

c
#include <linux/version.h>

二、分支预测 ​

1. likely/unlikely ​

现在的 CPU 都有 ICache 和流水线机制。 即运行当前指令时， ICache 会预读取后面的指令，从而提升效率。 但是如果条件分支的结果是跳转到了其他指令， 那预取下一条指令就浪费时间了。 这里用到的 likely 和 unlikely 宏， 会让编译器总是将大概率执行的代码放在靠前的位置， 从而提高驱动的效率。

这两个宏定义在 compiler.h - include/linux/compiler.h 中：

c
# ifndef likely
#  define likely(x)	(__branch_check__(x, 1, __builtin_constant_p(x)))
# endif
# ifndef unlikely
#  define unlikely(x)	(__branch_check__(x, 0, __builtin_constant_p(x)))
# endif

__builtin_expect()的作用是告知编译器预期表达式 exp 等于 c 的可能性更大， 编译器可以根据该因素更好的对代码进行优化， 所以 likely 与 unlikely 的作用就是表达性 x 为真的可能性更大（ likely） 和更小（unlikely） 。

2. 使用示例 ​

这里以添加传递地址检测内容后的代码为例， 对 copy_from_user 函数添加分支预测优化函数， 添加完成如下所示：

c
        case CMD_TEST3:
        {
            struct __CMD_TEST cmd_test3 = {0};
            // 使用 access_ok (type, addr, size); 来检查用户空间内存块是否可用
            // 在不同的内核版本中，函数也可能没有 type 参数：access_ok (addr, size);
            #if (LINUX_VERSION_CODE <= KERNEL_VERSION(4, 20, 17))
            if (!access_ok(VERIFY_WRITE, arg, sizeof(struct __CMD_TEST)))
            {
                return -1;
            }
            #else
            if (!access_ok(arg, sizeof(struct __CMD_TEST)))
            {
                return -1;
            }
            #endif
            // likely 和 unlikely 宏， 会让编译器总是将大概率执行的代码放在靠前的位置， 从而提高驱动的效率。
            // likely(x) 与 unlikely(x) 的作用就是表达式 x 为真的可能性更大（likely） 和更小（unlikely） 。
            // 在传递地址正确的前提下 copy_from_user 函数运行失败为小概率事件， 所以这里使用 unlikely 函数进行驱动效率的优化。
            if (unlikely(copy_from_user(&cmd_test3, (int *)arg, sizeof(cmd_test3)) != 0))
            {
                PRT("copy_from_user error\n");
            }
            PRT("cmd_test3 data: .a=%d .b=%d .c=%d\n", cmd_test3.a, cmd_test3.b, cmd_test3.c);
            break;
        }

传递地址检测成功之后才会使用执行 copy_from_user 函数， 在传递地址正确的前提下 copy_from_user 函数运行失败为小概率事件， 所以这里使用 unlikely 函数进行驱动效率的优化。

三、代码优化 demo ​

demo 可以看这里：10_driver_debug/01_optimizedcode