Linux中_ALIGN宏背后的原理——内存对齐

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1. 原理
int a;
int size = 8; <----> 1000(bin)

计算a以size为倍数的下界数:
就让这个数(要计算的这个数)表示成二进制时，最后三位为0就可以达到这个目标。只要下面这个数与a进行"与运算"就可以了:
11111111 11111111 11111111 11111000
而上面这个数实际下就是 ~(size - 1)，可以将该数称为size的对齐掩码size_mask.

计算a以size为倍数的上下界数:
#define alignment_down(a, size) (a & (~(size-1)) )
#define alignment_up(a, size) ((a+size-1) & (~ (size-1)))
注: 上界数的计算方法，如果要求出比a大的是不是需要加上8就可以了?可是如果a本身就是8的倍数,这样加8不就错了吗,所以在a基础上加上(size - 1), 然后与size的对齐掩码进行与运算.

例如:
a=0, size=8, 则alignment_down(a,size)=0, alignment_up(a,size)=0.
a=6, size=8, 则alignment_down(a,size)=0, alignment_up(a,size)=8.
a=8, size=8, 则alignment_down(a,size)=8, alignment_up(a,size)=8.
a=14, size=8,则alignment_down(a,size)=8, alignment_up(a,size)=16.
注:size应当为2的n次方, 即2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 1024, 2048, 4096 ...

2. 在linux中的应用
上面的计算方法在linux等代码中也常常可以看到,下面给出几个例子:
(1) 当分配地址addr时, 要将该地址以size为倍数对齐, 而且要得到是比addr大的值, 则使用_ALIGN宏：
#define _ALIGN(addr,size) (((addr)+(size)-1)&(~((size)-1)))

(2) 与页面对齐相关的宏
#define PAGE_SIZE 4096
#define PAGE_MASK (~(PAGE_SIZE-1))
#define PAGE_ALIGN(addr) -(((addr)+PAGE_SIZE-1) & PAGE_MASK)

(3) 与skb分配时对齐相关的宏
#define SKB_DATA_ALIGN(X) (((X) + (SMP_CACHE_BYTES - 1)) & ~(SMP_CACHE_BYTES - 1))