内核如何知道当前线程是什么？

Question

有人能解释一下这段代码吗？它来自于这里，是从Linux内核中获取的。

/*
  * how to get the thread information struct from C
 */
 static inline struct thread_info *current_thread_info(void) __attribute_const__;

 static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
 {
        register unsigned long sp asm ("sp");
        return (struct thread_info *)(sp & ~(THREAD_SIZE - 1));
}

问题：

1. __attribute_const__是什么？
2. register unsigned long sp asm ("sp");这是做什么的？
3. 为什么(struct thread_info *)(sp & ~(THREAD_SIZE - 1));会返回指向结构体的指针？

- 0x90

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const - http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Function-Attributes.html，sp - 是一个堆栈指针寄存器。 - bobah

Answer 1

1. const属性表示返回的指针在整个程序运行期间将保持不变。实际上，这仅在一个线程的范围内是正确的，但我想不出编译器会尝试优化跨线程访问的情况。

2. 使用register和asm（“sp”）可以将变量绑定到硬件寄存器sp（即当前堆栈指针）。这样，代码就不必以汇编语言直接访问该寄存器。

3. THREAD_SIZE是一个常数，表示为线程堆栈分配的内存量。我认为它总是必须是2的幂次方，例如8千字节可能是一个典型的值。

   表达式~（THREAD_SIZE-1）则给出了一个掩码，以去除实际的堆栈地址。对于8 KB堆栈，它将是0xffffe000。

   通过将堆栈指针值与位与，我们可以获得为堆栈分配的最低地址。在这种架构上，线程信息存储在那里。这只是一种设计决策，他们可以使用其他地方来存储信息。

   堆栈指针对于获取线程信息很有用，因为每个线程总是有自己的堆栈。

- jpa

Answer 2

在Linux中，内核栈有固定的大小（THREAD_SIZE-2页或在x86上为8KB）。线程的struct thread_info被保存在堆栈内存块的底部。请记住，堆栈向下工作，因此堆栈指针最初指向内存块的末尾，随着数据推入堆栈，堆栈指针向内存块的底部移动。当然，其他CPU架构可能使用其他技术。

因此，如果您获取当前堆栈指针值，并掩码处理低阶位，则会获得使用当前堆栈的线程的struct thread_info指针。

该行代码：

register unsigned long sp asm ("sp");

告诉GCC将变量sp映射到CPU寄存器sp（对我来说，使用16位寄存器名称似乎很奇怪 - 这是来自实际的Linux源代码树吗？）。

__attribute_const__通常在GCC编译器下定义为__attribute__((__const__))（在Linux内核中有其他编译器吗？）。这告诉GCC函数没有副作用 - 实际上它比这更强大：函数仅使用参数并返回基于这些参数的值。这可能为编译器提供了一些优化机会 - 它可以假设没有全局变量被更改，甚至被读取（因此编译器可以自由地推迟更新它可能需要更新的内存，以进行“正常”函数调用）。

- Michael Burr

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这是ARM，不是x86；这就是为什么它是sp而不是esp。否则你的分析是正确的。 - jpa

那时候是R13。你可以打错成R14或R15，然后就会有各种有趣的事情发生;-) - Steve Jessop

“sp”在ARM汇编中是“r13”的同义词。我想这行代码完全没有任何效果。实际上，整个函数可能会被编译成一个单周期的ARM指令。 - marko

@MichaelBurr 对于Linux内核来说，它还有其他的选择吗？ 我相信至少有一个Linux发行版现在是使用Clang构建的。对于那些不关心开源政治的人来说，这将是一个越来越有吸引力的选择。 - marko