Linux中ALIGN宏的原理

1. 引子

int a;  

int size = 8;

如果让a为(size =8)的整数倍表示成二进制应是什么样子呢？那就是让这个数表示成二进制时的最后三位为0.

而要达到这一目标，只要下面这个数与它进行与运算就可以了:

  11111111 11111111 11111111 11111000  

而上面这个数实际下就是 ~ (size - 1)，可以将该数称为size的对齐掩码size_mask.  

可这样做求出的是比a小的那个最大的8的倍数. 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的倍数, 这样加8不就错了吗, 所以在a基础上加上 size - 1, 然后与size的对齐掩码进行与运算.

这样, 我们可以定义下面的宏, 用于计算一个数a以size为倍数的前后两个值：

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

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

例如:

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

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

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

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

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

2. 在linux中的应用

上面的计算方法在linux等代码中也常常可以看到,下面给出几个例子.

例１：当分配地址addr时, 要将该地址以size为倍数对齐, 而且要得到是比addr大的值, 则使用_ALIGN宏：

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

例2：与页面对齐相关的宏

#define PAGE_SIZE               4096

#define PAGE_MASK               (~(PAGE_SIZE-1))

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

例3：与skb分配时对齐相关的宏

#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;

    ......

}