Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

В архитектуре x86 есть инструкции, определяющие позицию старшего и младшего значащих битов в слове. Процессор выполняет эти инструкции очень быстро. С другой стороны, чтобы сделать то же самое на языке С, потребуется написать цикл с операциями побитового сдвига.

Инструкция bsrlвычисляет местоположение старшего значащего бита в первом операнде и записывает результат (номер позиции начиная с нуля) во второй операнд. Например, следующая команда анализирует переменную number и помещает результат в переменную position:

asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number)};

Ей соответствует такой фрагмент на языке С:

long i;

for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)

i >>= 1;

Чтобы сравнить скорость выполнения двух фрагментов, мы поместили их в цикл, где перебирается большое количество чисел. В листинге 9.1 приведена реализация на языке С. Программа перебирает значения от единицы до числа, указанного в командной строке. Для каждого значения переменной number вычисляется позиция старшего значащего бита. В листинге 9.2 показано, как сделать то же самое с помощью ассемблерной вставки. Обратите внимание на то, что в обоих случаях результат вычислений заносится в переменную result, объявленную со спецификатором volatile. Это необходимо для подавления оптимизации со стороны компилятора, который удалит весь блок вычислений, если их результаты не используются или не заносятся в память.

#include

#include

int main(int argc, char* argv[]) {

long max = atoi(argv[1]);

long number;

long i;

unsigned position;

volatile unsigned result;

/* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */

for (number = 1; number <= max; ++number) {

/* Сдвигаем число вправо, пока результат не станет

равным нулю.

Запоминаем количество операций сдвига. */

for (i = (number >> 1), position = 0; i != 0; ++position)

i >>= 1;

/* Позиция старшего значащего бита — это общее число

операций сдвига, кроме первой. */

result = position;

}

return 0;

}

#include

#include

int main(int argc, char* argv[]) {

long max = atoi(argv[1]);

long number;

unsigned position;

volatile unsigned result;

/* Повторяем вычисления для большого количества чисел. */

for (number = 1; number <= max; ++number) {

/* Вычисляем позицию старшего значащего бита с помощью

ассемблерной инструкции bsrl. */

asm("bsrl %1, %0" : "=r" (position) : "r" (number));

result = position;

}

return 0;

}

Скомпилируем обе версии программы в режиме полной оптимизации:

% cc -O2 -о bit-pos-loop bit-pos-loop.c

% cc -O2 -о bit-pos-asm bit-pos-asm.c

Теперь запустим их с помощью команды time, которая замеряет время выполнения. В командной строке каждой программы указано большое значение, чтобы программа выполнялась хотя бы несколько секунд.

% time ./bit-pos-loop 250000000

19.51user 0.00system 0:20.40elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata

0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps

% time ./bit-pos-asm 250000000

3.19user 0.00system 0:03.32elapsed 95%CPU (0avgtext+0avgdata

0maxresident)k0inputs+0outputs (73major+11minor)pagefaults 0swaps

Приведенные результаты могут немного меняться в зависимости от загруженности системы, но хорошо видно, что ассемблерная версия выполняется гораздо быстрее.

Даже при наличии в программе ассемблерных вставок модуль оптимизации компилятора пытается переупорядочить и переписать код программы, чтобы минимизировать время ее выполнения. Когда оптимизатор обнаруживает, что выходные данные функции asm()не используются, он удаляет ее, если только ему не встречается ключевое слово volatile. Любой вызов функции asm()может быть перемещен самым непредсказуемым образом. Единственный способ гарантировать конкретный порядок ассемблерных инструкций — включить все нужные инструкции в одну функцию asm().

Применение функции asm()ограничивает эффективность оптимизации, поскольку компилятор не понимает семантику используемых в ней ассемблерных выражений. Помните об этом!

Если вы решили включить в программу архитектурно-зависимые ассемблерные вставки. поместите их в отдельные макросы или функции, что облегчит сопровождение программы. Когда все макросы находятся в одном файле и задокументированы, программу легче будет перенести в другую систему, так как придется переписать один-единственный файл. Например, большинство вызовов asm()в исходных текстах Linux сгруппировано в файлах /usr/src/linux/include/asmи /usr/src/linux/include/asm-i386.

Одним из основных достоинств Linux является поддержка одновременной работы нескольких пользователей, в том числе по сети. Но у всякой медали есть обратная сторона. В данном случае — это угрозы безопасности, возникающие, когда система подключена к Internet. При благоприятном стечении обстоятельств хакер сможет войти в систему и прочитать, модифицировать или удалить хранящиеся в ней файлы. Кроме того, сами пользователи системы могут получать несанкционированный доступ к чужим файлам.

В ядре Linux есть множество средств, позволяющих предотвратить подобные события. Но защищать следует и обычные приложения. Предположим, к примеру, что разрабатывается бухгалтерская программа. Любой пользователь может зарегистрировать в программе отчет о расходах, но далеко не каждый имеет право утвердить этот отчет. Пользователям разрешается просматривать информацию о своих зарплатах, но, естественно, не о зарплатах своих коллег. Менеджерам может быть разрешено получать данные о зарплатах служащих их отделов, но не служащих других отделов.

Все эти меры предосторожности требуют особого внимания. Очень легко допустить ошибку, из-за которой пользователи смогут делать то, что им не разрешено. Конечно, лучше всего воспользоваться помощью экспертов по системам безопасности. Но базовыми знаниями должен владеть любой разработчик программного обеспечения.

В Linux каждому пользователю назначается уникальный номер, называемый его идентификатором (UID, user identifier). При регистрации в системе, естественно, вводится имя пользователя, а не идентификатор. Система преобразовывает введенное имя в соответствующий идентификатор и дальше работает только с ним.

С одним идентификатором может быть связано несколько пользовательских имен. С точки зрения системы это не имеет никакого значения и не представляет для нее проблемы: она учитывает только идентификатор. Пользовательские имена совершенно равноправны, если им соответствует одинаковый идентификатор.