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1. 内核中通过lookup_symbol_name获取函数名称
内核中很多结构体成员是函数，有时可能比较复杂不知道具体使用哪一个函数。这是可以通过lookup_symbol_name来获取符号表名称。
int lookup_symbol_name(unsigned long addr, char *symname)
{
symname[0] = ' ';
symname[KSYM_NAME_LEN - 1] = ' ';
if (is_ksym_addr(addr)) {----------------------------------------地址有效性检查
unsigned long pos;
pos = get_symbol_pos(addr, NULL, NULL);
/* Grab name */
kallsyms_expand_symbol(get_symbol_offset(pos), symname);-----获取不好名称到symname
return 0;
}
/* See if it's in a module. */
return lookup_module_symbol_name(addr, symname);------------------从module符号表中查找
}
在timer_list.c和timer_stats.c中有使用，如下：
static void print_name_offset(struct seq_file *m, unsigned long addr)
{
char symname[KSYM_NAME_LEN];
if (lookup_symbol_name(addr, symname) < 0)
seq_printf(m, "<%p>", (void *)addr);
else
seq_printf(m, "%s", symname);
}
2. 通过__builtin_return_address获取调用者函数地址
2.1 背景介绍：__builtin_return_address是GCC提供的一个内置函数，用于判断给定函数的调用者。
6.49 Getting the Return or Frame Address of a Function里面有更多获取函数调用者的介绍。
void * __builtin_return_address (unsigned int level)
level为参数，如果level为0，那么就是请求当前函数的返回地址；如果level为1，那么就是请求进行调用的函数的返回地址。
2.2 使用实例
内核中ftrace使用的较多：
#define CALLER_ADDR0 ((unsigned long)__builtin_return_address(0)) #define CALLER_ADDR1 ((unsigned long)return_address(1)) #define CALLER_ADDR2 ((unsigned long)return_address(2)) #define CALLER_ADDR3 ((unsigned long)return_address(3)) #define CALLER_ADDR4 ((unsigned long)return_address(4)) #define CALLER_ADDR5 ((unsigned long)return_address(5)) #define CALLER_ADDR6 ((unsigned long)return_address(6))
一个测试示例：
#include <stdio.h>
void func_e(void)
{
printf("func_e(0)=%p
", __builtin_return_address(0));-------------------------打印返回层级地址
printf("func_e(1)=%p
", __builtin_return_address(1));
printf("func_e(2)=%p
", __builtin_return_address(2));
printf("func_e(3)=%p
", __builtin_return_address(3));
printf("func_e(4)=%p
", __builtin_return_address(4));
printf("func_e(5)=%p
", __builtin_return_address(5));
}
void func_d(void)
{
func_e();
}
void func_c(void)
{
func_d();
}
void func_b(void)
{
func_c();
}
void func_a(void)
{
func_b();
}
int main(int argc, char *agrv[])
{
func_a();
printf("func_a=%p, func_b=%p, func_c=%p, func_d=%p, func_e=%p
", func_a, func_b, func_c, func_d, func_e);---------------------打印函数地址
}
执行结果如下：
func_e(0)=0x4005f2 func_e(1)=0x4005fd func_e(2)=0x400608 func_e(3)=0x400613 func_e(4)=0x400629 func_e(5)=0x7fba4af1af45 func_a=0x40060a, func_b=0x4005ff, func_c=0x4005f4, func_d=0x4005e9, func_e=0x40052d
使用addr2line -e file -f addrs，可以看出编译是否-g的区别：
| gcc caller.c -o caller | gcc caller.c -o caller -g |
|
addr2line -e caller -f 4005f2 |
addr2line -e caller -f 4005f2 |
通过nm xxxx也可以找到地址对应的函数名：
000000000040060a T func_a 00000000004005ff T func_b 00000000004005f4 T func_c 00000000004005e9 T func_d 000000000040052d T func_e
参考文档：
3. 基于HW Breakpoints的调试
3.1 HW Breakpoints背景
3.2
参考文档：
1. 《Hardware Breakpoint(or watchpoint) usage in Linux Kernel》
4. likely和unlikely机制
1.likely和unlikely背景
likely和unlikely在include/linux/compiler.h中定义：
#if defined(CONFIG_TRACE_BRANCH_PROFILING) ------------------------------------------------------------------带调试信息的likely和unlikelly
&& !defined(DISABLE_BRANCH_PROFILING) && !defined(__CHECKER__)
...
# ifndef likely
# define likely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 1))
# endif
# ifndef unlikely
# define unlikely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 0))
# endif
...
#else
# define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)--------------------------------------------------------------不带调试信息
# define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
#endif
__builtin_expect()是GCC从2.96开始支持的分支预测功能，降低因为指令跳转带来的分支下降，它的返回值就是它的第一个参数传递给它的值。
2.机制详解
__builtin_expect()通过改变汇编指令顺序，来充分利用处理器的流水线，直接执行最有可能的分支指令，而尽可能避免执行跳转指令(jmp)。因为jmp指令会刷新CPU流水线，而影响执行时间。
#include <stdio.h>
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
int main(char *argv[], int argc)
{
int a;
/* Get the value from somewhere GCC can't optimize */
a = atoi (argv[1]);
if (unlikely (a == 2))--------------------------if (likely (a == 2))
a++;
else
a--;
printf ("%d
", a);
return 0;
}
使用gcc xxx.c -o xxx -O2 -g编译。
通过gdb xxxx -q，然后disassemble main可以看出两者区别，左边是unlikely，右边是likely。
再来通过objdump -S xxx看一下结果。
unlikely反汇编结果如下：
Disassembly of section .text:
00000000004004b0 <main>:
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
int main(char *argv[], int argc)
{
4004b0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
int a;
/* Get the value from somewhere GCC can't optimize */
a = atoi (argv[1]);
4004b4: 48 8b 7f 08 mov 0x8(%rdi),%rdi
4004b8: 31 c0 xor %eax,%eax
4004ba: e8 e1 ff ff ff callq 4004a0 <atoi@plt>
if (unlikely (a == 2))
4004bf: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
4004c2: 74 1b je 4004df <main+0x2f>--------------------如果cmp返回的结果是等于，就跳转到0x4004df地址，也即a++。
a++;
else
a--;
4004c4: 8d 50 ff lea -0x1(%rax),%edx-----------------------不跳转的情况下，顺序执行a--这条指令。这种情况不需要跳转，一直到retq结束。
}
__fortify_function int
printf (const char *__restrict __fmt, ...)
{
return __printf_chk (__USE_FORTIFY_LEVEL - 1, __fmt, __va_arg_pack ());
4004c7: be 54 06 40 00 mov $0x400654,%esi-----------------------printf也是接着a--这条语句，也不需要跳转。
4004cc: bf 01 00 00 00 mov $0x1,%edi
4004d1: 31 c0 xor %eax,%eax
4004d3: e8 b8 ff ff ff callq 400490 <__printf_chk@plt>
printf ("%d
", a);
return 0;
}
4004d8: 31 c0 xor %eax,%eax
4004da: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
4004de: c3 retq
/* Get the value from somewhere GCC can't optimize */
a = atoi (argv[1]);
if (unlikely (a == 2))
a++;
4004df: ba 03 00 00 00 mov $0x3,%edx----------------------------------对应a++这句指令。
4004e4: eb e1 jmp 4004c7 <main+0x17>-------------------------跳转到printf这条指令，这种情况跳转了两次。
likely反汇编结果如下：
00000000004004b0 <main>:
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
int main(char *argv[], int argc)
{
4004b0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
int a;
/* Get the value from somewhere GCC can't optimize */
a = atoi (argv[1]);
4004b4: 48 8b 7f 08 mov 0x8(%rdi),%rdi
4004b8: 31 c0 xor %eax,%eax
4004ba: e8 e1 ff ff ff callq 4004a0 <atoi@plt>
if (likely (a == 2))
4004bf: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
4004c2: 75 1d jne 4004e1 <main+0x31>------------------不等于就跳转到a--，预测是等于2的情况。所以紧接的语句是a++。
a++;
4004c4: ba 03 00 00 00 mov $0x3,%edx---------------------------a++对应的指令。
}
__fortify_function int
printf (const char *__restrict __fmt, ...)
{
return __printf_chk (__USE_FORTIFY_LEVEL - 1, __fmt, __va_arg_pack ());
4004c9: be 54 06 40 00 mov $0x400654,%esi----------------------紧接着的是printf知道retq结束。
4004ce: bf 01 00 00 00 mov $0x1,%edi
4004d3: 31 c0 xor %eax,%eax
4004d5: e8 b6 ff ff ff callq 400490 <__printf_chk@plt>
a--;
printf ("%d
", a);
return 0;
}
4004da: 31 c0 xor %eax,%eax
4004dc: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
4004e0: c3 retq
a = atoi (argv[1]);
if (likely (a == 2))
a++;
else
a--;
4004e1: 8d 50 ff lea -0x1(%rax),%edx---------------------在cmp不等于情况下，跳转到此处。
4004e4: eb e3 jmp 4004c9 <main+0x19>------------------a--之后再跳转回printf，两次跳转。
3.总结
如上汇编分析，__builtin_expect()的使用可以降低分置于句的跳转，按顺序执行，来减小对指令流水的刷新，从而加快程序的执行。
当预测a最有可能是2时，a++的指令紧接着判断语句，顺序执行的可能性很大。
当预测a最不可能是2是，a--的指令紧接着判断语句，a--被执行的可能性最大。
参考文档：
2. linux kernel中likely和unlikely宏的机制分析
5. 内存屏障barrier()和preempt_disable()
联系方式:arnoldlu@qq.com