Mit jeder 64-Bit-Maschine, die über die Ladentheke geht, stehen die Kernelprogrammierer auf dem Prüfstand: Ist ihr eigener Code 64-Bit-tauglich oder nicht? Auch bei der Portierung auf exotische Prozessoren gibt es einiges zu beachten.

Portable Hardware-Kommunikation

Gerade beim Zugriff auf Hardware muss der Programmierer die zwischen dem Hauptprozessor und der Peripherie ausgetauschten Daten mit Hilfe der vorgestellten Datentypen definieren und über die Makros umwandeln. Außerdem darf er die Zugriffe selbst nur über die bereitgestellten Funktionen »read[bwl]()« (read byte, word oder long) respektive »write[bwl]()« (write byte, word oder long) programmieren.

Unterstützt der Prozessor einen eigenen IO-Bereich (Portzugriff), kommen zusätzlich die Funktionen »in[bwl]()« respektive »out[bwl]()« in Frage. Die genaue Verwendung der Funktionen ist in einer früheren Kern-Technik-Folge [1] beschrieben. Dass die Breite des Port-Bereichs auf den Plattformen unterschiedlich ist (x86: 16 Bit, ARM: 32 Bit), bleibt für Programmierer transparent.

Allerdings ist darauf zu achten, ob die Hardware die über einen gemeinsamen Speicher ausgetauschten und in einer Datenstruktur zusammengefassten Variablen an spezifischen Adressen erwartet. Der Compiler legt nämlich einzelne Variablen einer Datenstruktur aus Gründen der Performance an so genannten ausgerichteten (aligned) Adressen ab.

Da ein 32-Bit-Prozessor ein anderes Alignment als ein 16-Bit-Prozessor aufweist, muss der Programmierer sicherstellen, dass die Variablen eine eindeutige Adressenlage besitzen. Das GCC-spezifische Schlüsselwort »__attribute__((packed))« hilft ihm dabei. Abbildung 4 stellt das Problem und die Verwendung des Schlüsselworts beispielhaft dar.

Abbildung 4: Mit Hilfe des Schlüsselworts »packed« kann der Programmierer Einfluss auf die Anordnung von Strukturelementen im Speicher nehmen.

Natürlich gibt es noch weitere Fallen. Doch der Linux-Kernel bemüht sich darum, dem Programmierer Portierungsfehler so schwer wie möglich zu machen. So sind im Kernel einige Datentypen über Typedefs abstrakt gehalten (»ssize_t«, »size_t«, »pid_t«, ...). Der Typ »ssize_t« beispielsweise ist, abhängig von der Plattform, entweder auf den Datentyp »int« oder aber auf »long« abgebildet. Deshalb sollte man im eigenen Code grundsätzlich die vordefinierten Datentypen verwenden.

Seitengröße

Auch die Seitengröße (Pagesize) führt schließlich noch zu Portabilitätsproblemen. Tabelle 3 zeigt, dass sie zwischen den verschiedenen Plattformen stark variiert. Einige Kernelfunktionen - zum Beispiel Funktionen des Gerätemodells (Sys-Filesystem) - übergeben jeweils eine Speicherseite. Das Einzige, worauf sich der Programmierer hier verlassen kann, ist, dass sie eine Minimalgröße von 4 KByte aufweist.

Zum Abschluss die drei wichtigsten Regeln für plattformunabhängigen Code zusammengefasst: Auf die Datentypen achten, an der richtigen Stelle konvertieren und auf Hardware über Kernelfunktionen zugreifen. (ofr)

Mit jeder 64-Bit-Maschine, die über die Ladentheke geht, stehen die Kernelprogrammierer auf dem Prüfstand: Ist ihr eigener Code 64-Bit-tauglich oder nicht? Auch bei der Portierung auf exotische Prozessoren gibt es einiges zu beachten.