Linux中ALIGN宏的原理

1. 引子

int a;  

int size = 8;

如果讓a為(size =8)的整數倍表示成二進制應是什麼樣子呢？那就是讓這個數表示成二進制時的最後三位為0.

而要達到這一目标，隻要下面這個數與它進行與運算就可以了:

  11111111 11111111 11111111 11111000  

而上面這個數實際下就是 ~ (size - 1)，可以将該數稱為size的對齊掩碼size_mask.  

可這樣做求出的是比a小的那個最大的8的倍數. 如果要求出比a大的是不是需要加上8就可以了?

可是如果a本身就是8的倍數, 這樣加8不就錯了嗎, 是以在a基礎上加上 size - 1, 然後與size的對齊掩碼進行與運算.

這樣, 我們可以定義下面的宏, 用于計算一個數a以size為倍數的前後兩個值：

#define alignment_down(a, size) (a & (~(size-1)) )

#define alignment_up(a, size) ((a+size-1) & (~ (size-1)))

例如:

a=0, size=8,  則alignment_down(a,size)=0, alignment_up(a,size)=0.

a=6, size=8,  則alignment_down(a,size)=0, alignment_up(a,size)=8.

a=8, size=8,  則alignment_down(a,size)=8, alignment_up(a,size)=8.

a=14, size=8, 則alignment_down(a,size)=8, alignment_up(a,size)=16.

注意：size應當為2的n次方, 即2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 1024, 2048, 4096.....

2. 在linux中的應用

上面的計算方法在linux等代碼中也常常可以看到,下面給出幾個例子.

例１：當配置設定位址addr時, 要将該位址以size為倍數對齊, 而且要得到是比addr大的值, 則使用_ALIGN宏：

#define _ALIGN(addr,size)   (((addr)+(size)-1)&(~((size)-1)))

例2：與頁面對齊相關的宏

#define PAGE_SIZE               4096

#define PAGE_MASK               (~(PAGE_SIZE-1))

#define PAGE_ALIGN(addr)        (((addr)+PAGE_SIZE-1) & PAGE_MASK)

例3：與skb配置設定時對齊相關的宏

#define SKB_DATA_ALIGN(X)   (((X) + (SMP_CACHE_BYTES - 1)) & ~(SMP_CACHE_BYTES - 1))

struct sk_buff *__alloc_skb(unsigned int size, gfp_t gfp_mask, int fclone)

{

    ......

    skb = kmem_cache_alloc(cache, gfp_mask & ~__GFP_DMA);

    if (!skb)

         goto out;

    size = SKB_DATA_ALIGN(size);

    data = kmalloc_track_caller(size + sizeof(struct skb_shared_info),  gfp_mask);

    if (!data)

         goto nodata;

    ......

}