CN112579514B - 多核处理器堆栈初始化的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多核处理器堆栈初始化的方法及装置，包括：判断内核支持的中断模式，并根据内核支持的中断模式获取内核对应的APICID；获取堆栈地址空间的顶地址，其中堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；设置内核占用的堆栈空间容量；根据内核的APICID、堆栈地址空间的顶地址以及内核占用的堆栈空间容量，计算得到内核占用的堆栈空间的顶地址。本发明能够保证每个内核堆栈空间的独立性。

Description

多核处理器堆栈初始化的方法及装置
技术领域
本发明涉及处理器技术领域，尤其涉及一种多核处理器堆栈初始化的方法及装置。
背景技术
目前多核处理器已经得到广泛地使用，多核处理器在启动时不可避免地要对内核使用的堆栈空间进行分配完成堆栈寄存器的初始化。堆栈空间的分配以及堆栈寄存器的初始化往往会影响到后续多核处理器的并行计算。
现有的多核处理器堆栈初始化的方法有如下几种方式。例如，Linux系统使用了4种堆栈空间，包括系统引导初始化时的临时堆栈、进入保护模式后内核程序初始化的堆栈、系统调用执行内核程序的内核态堆栈、任务在用户态中执行的堆栈。Linux系统采用多个堆栈是为了解决CPU在不同特权级共享使用堆栈带来的保护问题，但这种方法增加了实现的复杂度和难度。
又例如，UEFI系统初始化了一段堆栈地址空间，所有内核都共享这一段堆栈地址空间，所有内核的堆栈寄存器会初始化一个相同的地址。这种方法会使得所有内核由于堆栈冲突问题而只能串行执行。上述两种方法都不适用于CPU验证系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多核处理器堆栈初始化的方法及装置，能够简单、高效地实现堆栈初始化，而且保证每个内核堆栈空间的独立性。
第一方面，本发明提供一种多核处理器堆栈初始化的方法，包括：
判断内核支持的中断模式，并根据所述内核支持的中断模式获取所述内核对应的APICID；
获取堆栈地址空间的顶地址，其中所述堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
设置所述内核占用的堆栈空间容量；
根据所述内核的APICID、所述堆栈地址空间的顶地址以及所述内核占用的堆栈空间容量，计算得到所述内核占用的堆栈空间的顶地址。
可选地，根据所述内核支持的中断模式获取所述内核的APICID，包括：
若所述内核支持xAPIC中断模式，则通过CPUID获得8Bit的APICID；若所述内核支持x2APIC中断模式，则通过CPUID获得32Bit的APICID。
可选地，所述APICID赋值到EDX寄存器；
所述堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器；
所述内核占用的堆栈空间容量赋值到EAX寄存器；
所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到EBX寄存器；
且满足EBX＝EDI-EDX*EAX。
可选地，每个内核占用的堆栈空间容量设置为16KB。
可选地，所述方法还包括：将计算得到的所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到所述内核的堆栈寄存器。
第二方面，本发明提供一种多核处理器堆栈初始化的装置，包括：
第一获取模块，用于判断内核支持的中断模式，并根据所述内核支持的中断模式获取所述内核对应的APICID；
第二获取模块，用于获取堆栈地址空间的顶地址，其中所述堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
设置模块，用于设置所述内核占用的堆栈空间容量；
计算模块，用于根据所述内核的APICID、所述堆栈地址空间的顶地址以及所述内核占用的堆栈空间容量，计算得到所述内核占用的堆栈空间的顶地址。
可选地，根据所述内核支持的中断模式获取所述内核的APICID，包括：
若所述内核支持xAPIC中断模式，则通过CPUID获得8Bit的APICID；若所述内核支持x2APIC中断模式，则通过CPUID获得32Bit的APICID。
可选地，所述APICID赋值到EDX寄存器；
所述堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器；
所述内核占用的堆栈空间容量赋值到EAX寄存器；
所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到EBX寄存器；
且满足EBX＝EDI-EDX*EAX。
可选地，每个内核占用的堆栈空间容量设置为16KB。
可选地，所述装置还包括：
堆栈寄存器初始化模块，用于将计算得到的所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到所述内核的堆栈寄存器。
第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的多核处理器堆栈初始化的方法的步骤。
本发明提供的多核处理器堆栈初始化的方法及装置，利用了内核对应的APICID的唯一性分配每个内核的堆栈空间，保证了每个内核堆栈空间的独立性，简单高效地完成堆栈空间分配和堆栈寄存器初始化，而且也避免了多核处理器同时启动或者并行计算时候因堆栈冲突而引起的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的方法的流程示意图；
图2为应用本发明实施例初始化后的堆栈空间分配示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种多核处理器堆栈初始化的方法，该方法适用于对任意一个处于工作状态的内核分配堆栈空间，该方法包括：
步骤101，判断内核支持的中断模式，并根据内核支持的中断模式获取内核对应的APICID。
在多核处理器系统中，每个内核都会对应一个APICID(Advanced ProgrammableInterrupt Controller ID)，即高级可编程中断控制器识别码，可以作为内核的唯一标识。
由于APICID的获取方式与内核所支持的APIC有关，所以需要判断是xAPIC还是x2APIC；如果是xAPIC，则通过CPUID(CPU识别码)获得8Bit的APICID；如果是x2APIC，则通过CPUID获得32Bit的APICID，可以将获取的APICID赋值到EDX寄存器。
步骤102，获取堆栈地址空间的顶地址，其中堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间。
在实施本发明实施例之前，在系统内存上已经预先分配了一段地址空间，来存放多核处理器所有内核的堆栈。该地址空间是连续的，大小满足所有内核的堆栈空间的需求。可以将获取的堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器。
步骤103，设置内核占用的堆栈空间容量。
每个内核占用的堆栈空间容量可以赋值到EAX寄存器，例如可以设置为16KB。
步骤104，根据内核的APICID、堆栈地址空间的顶地址以及内核占用的堆栈空间容量，计算得到内核占用的堆栈空间的顶地址。
计算的顶地址可以赋值到EBX寄存器，计算关系满足关系：EBX＝EDI-EDX*EAX。确定了每个内核的容量以及所占堆栈空间的顶地址，每个内核的堆栈空间就唯一确定了，并且相互独立。
进一步地，在得到内核占用的堆栈空间的顶地址之后，可以将该顶地址赋值到内核的堆栈寄存器，即赋值操作ESP＝EBX，ESP表示堆栈寄存器，从而完成堆栈寄存器的初始化。
本发明实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的方法，在堆栈地址空间中根据每个内核的APICID来分配一段独立的地址空间，作为该内核的堆栈空间，堆栈空间的分配结果可以参考图2。本发明实施例简单而又高效地分配堆栈地址空间，避免了Linux系统实现的复杂度，而且也让每个核心获得了独立的堆栈空间，避免了多核处理器在各内核之间的堆栈冲突，便于实现多核的并行计算。
本发明实施例可以依托于X86 CPU实现，可以将X86多核处理器在接收到启动指令而进入实模式阶段，在跳转到保护模式后，通过上述方法完成堆栈地址空间的分配和堆栈寄存器的初始化，进而可以引导多核处理器跳转到C代码执行，同时也可以完成多核之间的并行计算。下面详细介绍一种X86 CPU处理器在自定义操作系统(Bare-Metal)软件上应用本发明实施例的一个示例，通过本示例能够为所有内核分配独立的堆栈空间。主要包括以下步骤：
1、在Bare-Metal系统中，在内存分配一段堆栈地址空间，保证满足所有内核使用；
2、通过BSP(Bootstrap processor)处理器向所有内核发送启动指令，以唤醒所有的内核；
3、所有内核会在几乎同一时间进入实模式，开始执行一段汇编代码；
4、在完成初始化配置后，所有内核被引导跳转到32位或者64位保护模式；
5、判断内核支持的中断模式，并根据内核支持的中断模式获取内核对应的APICID，如果内核支持xAPIC，则获得8Bit APICID的值，如果支持x2APIC，则获得32BitAPICID的值；
6、获取堆栈地址空间的顶地址，其中堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
7、设置每个内核占用的堆栈空间容量(一般16KB)；
8、根据上述获得的内核APICID、堆栈地址空间的顶地址以及内核占用的堆栈空间容量，计算每个内核可以占用的堆栈空间的顶地址，并赋值给堆栈寄存器。
通过上述步骤，可以实现多核处理器堆栈初始化。堆栈初始化完成后，可以通过程序引导内核跳转到一段C代码中，在C代码中，可以统计内核数量和记录内核的APICID值。
图3示出了本发明实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种多核处理器堆栈初始化的装置，适用于对任意一个处于工作状态的内核分配堆栈空间，该装置包括：第一获取模块301、第二获取模块302、设置模块303和计算模块304，其中，
第一获取模块301，用于判断内核支持的中断模式，并根据内核支持的中断模式获取内核对应的APICID；
第二获取模块302，用于获取堆栈地址空间的顶地址，其中堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
设置模块303，用于设置内核占用的堆栈空间容量；
计算模块304，用于根据内核的APICID、堆栈地址空间的顶地址以及内核占用的堆栈空间容量，计算得到内核占用的堆栈空间的顶地址。
具体地，在本发明实施例中，由于APICID的获取方式与内核所支持的APIC有关，所以需要判断是xAPIC还是x2APIC；如果是xAPIC，则通过CPUID获得8Bit的APICID；如果是x2APIC，则通过CPUID获得32Bit的APICID，可以将获取的APICID赋值到EDX寄存器。
作为一种实施方式，可以将获取的APICID赋值到EDX寄存器，可以将获取的堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器，可以将每个内核占用的堆栈空间容量赋值到EAX寄存器，可以设置为16KB，计算的顶地址可以赋值到EBX寄存器，计算关系满足关系：EBX＝EDI-EDX*EAX。确定了每个内核的容量以及所占堆栈空间的顶地址，每个内核的堆栈空间就唯一确定了，并且相互独立。
进一步地，该装置还可以包括：堆栈寄存器初始化模块，用于将计算得到的内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到内核的堆栈寄存器。即赋值操作ESP＝EBX，ESP表示堆栈寄存器。
本发明实施例提供的一种多核处理器堆栈初始化的装置，简单而又高效地分配堆栈地址空间，避免了Linux系统实现的复杂度，而且也让每个核心获得了独立的堆栈空间，避免了多核处理器在各内核之间的堆栈冲突，便于实现多核的并行计算。
本发明实施例提供的多核处理器堆栈初始化的装置是用于执行上述方法实施例的，其具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例提供的多核处理器堆栈初始化的方法，例如包括：判断内核支持的中断模式，并根据所述内核支持的中断模式获取所述内核对应的APICID；获取堆栈地址空间的顶地址，其中所述堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；设置所述内核占用的堆栈空间容量；根据所述内核的APICID、所述堆栈地址空间的顶地址以及所述内核占用的堆栈空间容量，计算得到所述内核占用的堆栈空间的顶地址。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种多核处理器堆栈初始化的方法，适用于对任意一个处于工作状态的内核分配堆栈空间，其特征在于，包括：
判断内核支持的中断模式，并根据所述内核支持的中断模式获取所述内核对应的APICID；
获取堆栈地址空间的顶地址，其中所述堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
设置所述内核占用的堆栈空间容量；
根据所述内核的APICID、所述堆栈地址空间的顶地址以及所述内核占用的堆栈空间容量，计算得到所述内核占用的堆栈空间的顶地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述内核支持的中断模式获取所述内核的APICID，包括：
若所述内核支持xAPIC中断模式，则通过CPUID获得8Bit的APICID；若所述内核支持x2APIC中断模式，则通过CPUID获得32Bit的APICID。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述APICID赋值到EDX寄存器；
所述堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器；
所述内核占用的堆栈空间容量赋值到EAX寄存器；
所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到EBX寄存器；
且满足EBX＝EDI-EDX*EAX。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个内核占用的堆栈空间容量设置为16KB。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将计算得到的所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到所述内核的堆栈寄存器。
6.一种多核处理器堆栈初始化的装置，适用于对任意一个处于工作状态的内核分配堆栈空间，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于判断内核支持的中断模式，并根据所述内核支持的中断模式获取所述内核对应的APICID；
第二获取模块，用于获取堆栈地址空间的顶地址，其中所述堆栈地址空间是系统内存上为多核处理器所有内核分配的一段存放堆栈的地址空间；
设置模块，用于设置所述内核占用的堆栈空间容量；
计算模块，用于根据所述内核的APICID、所述堆栈地址空间的顶地址以及所述内核占用的堆栈空间容量，计算得到所述内核占用的堆栈空间的顶地址。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，根据所述内核支持的中断模式获取所述内核的APICID，包括：
若所述内核支持xAPIC中断模式，则通过CPUID获得8Bit的APICID；若所述内核支持x2APIC中断模式，则通过CPUID获得32Bit的APICID。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述APICID赋值到EDX寄存器；
所述堆栈地址空间的顶地址赋值到EDI寄存器；
所述内核占用的堆栈空间容量赋值到EAX寄存器；
所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到EBX寄存器；
且满足EBX＝EDI-EDX*EAX。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个内核占用的堆栈空间容量设置为16KB。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
堆栈寄存器初始化模块，用于将计算得到的所述内核占用的堆栈空间的顶地址赋值到所述内核的堆栈寄存器。
11.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述的多核处理器堆栈初始化的方法的步骤。
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