如何使用 kmalloc 执行数据结构对齐？答案

【问题标题】：how to perform data structure alignment with kmalloc?如何使用 kmalloc 执行数据结构对齐？
【发布时间】：2011-07-15 16:51:17
【问题描述】：

我一直在阅读 数据结构对齐 文章，但我一无所获。也许事情太复杂了，我无法理解。我还遇到了 数据结构填充，这也是对齐数据所必需的。如何向 struct usb_ep 添加数据结构填充？另外，我如何确保每当我执行 kmalloc 时，要读取的数据应该处于 4 的倍数的内存偏移量？

【问题讨论】：

标签： c linux data-structures linux-kernel alignment

【解决方案1】：

关于对齐，kmalloc 将正确对齐结构。如果你有一个 4 字节的变量，它将是 4 字节对齐的，如果你有一个 8 字节的变量，它将是 8 字节对齐的。理解对齐是需要填充的原因。

您不想得到的是结构中变量之间的垃圾填充。您可以使用pragma pack directive（可能最简单）或手动添加填充来做到这一点。

例子

struct usb_ep
{
 short a;  /* 2 bytes*/
 int b;    /* 4 bytes*/
 short c;  /* 2 bytes*/
};

所有元素的大小为8bytes，但由于对齐要求，大小为12bytes。内存布局是这样的：

short a        - 2 bytes
char pad[2]    - 2 bytes of padding
int b          - 4 bytes
short c        - 2 bytes
char pad[2]    - 2 bytes of padding

为了不得到任何填充，或增加结构的大小，您可以重新排列元素以满足对齐要求。

那是有一个结构：

struct usb_ep
{
 short a;  /* 2 bytes*/
 short c;  /* 2 bytes*/
 int b;    /* 4 bytes*/
};

大小为8字节，无需添加填充。

【讨论】：

如果你使用 pragma pack 指令，是否意味着你不必做填充？
是不是也意味着使用kmalloc，你就不用担心数据对齐了，因为它已经默认对齐数据了？
当然不是！ kmalloc() 对您尝试分配的数据的内部结构一无所知。
@Owen，kmalloc 将对齐数据，但您需要确保它不需要像我的示例中那样填充结构。例如，使用 pragma pack(1) 将完全阻止它添加填充，这意味着我的示例中的第一个和第二个 usb_ep 将具有相同的大小而不添加任何填充，并且您无需担心对齐和填充.

【解决方案2】：

来自http://minirighi.sourceforge.net/html/kmalloc_8c.html

void *  kmemalign (size_t alignment, size_t size)
    Allocate some memory aligned to a boundary.
Parameters:
alignment    The boundary.
size     The size you want to allocate.
Exceptions:
NULL     Out-of-memory.
Returns:
A pointer to a memory area aligned to the boundary. The pointer is a aligned_mem_block_t pointer, so if you want to access to the data area of this pointer you must specify the p->start filed.
Note:
Use kfree(void *ptr) to free the allocated block.

在结构中填充字段的最佳方法是以递减的大小声明变量。所以首先是最大的，然后是最小的。

struct example {
  double amount;
  char *name;
  int cnt;
  char is_valid;
};

这并不总是以结构中逻辑连接的项目结束，但通常会提供最紧凑且易于访问的内存使用情况。

您可以在结构声明中使用填充字节，但它们会使代码混乱，并且不能保证结构紧凑。编译器可能会在 4 字节边界上对齐每个字节，因此您最终可能会得到

struct example2 {
  char a;
  char padding1[3];
  char b;
  char padding2[3];
};

a 占用 4 个字节，padding1 占用 4 个字节，b 占用 4 个字节，padding2 占用 4 个字节。一些编译器允许您指定在这种情况下会产生正确结果的打包结构。通常我只是声明从最大类型到最小类型的字段并保留它。如果您需要在两个语言/编译器之间共享内存，那么您需要确保这些结构在内存中对齐。

【讨论】：