selftests/bpf libarena：清理 arena spinlock qnodes 的重复副本

系列概况

标题：[PATCH] selftests/bpf: Remove duplicate copies of the arena spinlock qnodes
作者：Changwoo Min changwoo@igalia.com
版本：v1（单封 patch，尚未发布 v2）
规模：1 patch / 3 files changed, 15 insertions(+), 6 deletions(-)
修改文件：
- tools/testing/selftests/bpf/libarena/include/bpf_arena_spin_lock.h
- tools/testing/selftests/bpf/libarena/src/common.bpf.c
- tools/testing/selftests/bpf/progs/arena_spin_lock.c
代码统计：3 files / +15 / -6
Message-ID：20260803001807.646357-1-changwoo@igalia.com
完整性：完整。作者已同意基于 bpf-next HEAD rebase 发 v2，并已收到 Emil 的 Reviewed-by 标签。

补丁目的

本补丁是 selftests/bpf 下 libarena 的 cleanup。

bpf_arena_spin_lock.h 头文件里直接定义了一个 64KB 的 qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES] 数组，导致任何 #include 该头文件的 BPF 翻译单元都会各自产出一份相同的数据副本。

虽然 __weak 在符号层面让所有副本解析为同一个 instance，但 BPF 的 bpftool gen object 合并策略和常规 ld 不一样：它只合并符号表，然后直接按顺序拼接每个输入的 .addr_space.1 字节。最终 .o / skel 文件里仍然带着 10 份未被任何符号引用的死数据。

实际数字对比（commit message 自带）：

object before      after
-----------------------------------------------------
.addr_space.1 in libarena.bpf.o   676200     86376
libarena.skel.h                  2100123    892371
libarena_asan.skel.h             2641124   1466477

旧流程的问题

   bpf_arena_spin_lock.h
   +-------------------------------------------------+
   | struct arena_qnode __weak __arena __hidden     |
   | qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];              |  <- 64KB defined in header
   +-------------------------------------------------+
            |            |            |           |
            v            v            v v
       common.bpf.c  global.bpf.c  ...     TU-10 copies
            |            |            |           |
            +------ each TU emits its own 64KB copy ------+
                            |
                            v
                    bpftool gen object (concatenates .addr_space.1 bytes)
                            |
                            v
           libarena.bpf.o (~676KB of dead bytes)

__weak 让符号消解为一份，但拼接策略不识别 __weak，10 份里只有 1 份真正被引用，剩下 9 份是纯字节浪费。

新流程

   bpf_arena_spin_lock.h
   +-------------------------------------------------+
   | extern struct arena_qnode __arena __hidden     |
   | qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];              |  <- extern declaration
   +-------------------------------------------------+
            |                                       |
            v                                       v
   libarena/src/common.bpf.c             progs/arena_spin_lock.c
   +----------------------------+         +----------------------------+
   | struct arena_qnode ...     |         | struct arena_qnode ...     |
   | qnodes[...];  sole def     |         | qnodes[...];  test copy    |
   +----------------------------+         +----------------------------+
            |                                       |
            +-----------------+---------------------+
                              v
                  each contributes exactly one copy
                              |
                              v
              libarena.bpf.o (~86KB, ~87% smaller)

每个真正需要 qnodes 的程序 / libarena 自己显式提供一份定义，让 64KB 数据段只出现一次。

Patch 概览

/* libarena/include/bpf_arena_spin_lock.h (修改) */
-struct arena_qnode __weak __arena __hidden
- qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];
+extern struct arena_qnode __arena __hidden
+    qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];

/* libarena/src/common.bpf.c (新增) */
+struct arena_qnode __arena __hidden
+    qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];

/* progs/arena_spin_lock.c (新增，让测试自带 qnodes) */
+struct arena_qnode __arena __hidden
+    qnodes[_Q_MAX_CPUS][_Q_MAX_NODES];

关键实现

头文件改成 extern 声明：删除 __weak，把数组变成普通外部符号声明，避免每个 TU 实例化一份 storage。
libarena 公共 TU 提供唯一存储：src/common.bpf.c 是 libarena 编译时一定会包含的 TU，把 qnodes 的实体放这里，所有 libarena 内部 TU 共享同一份。
测试程序自给自足：arena_spin_lock.c 测试目标单独再放一份定义，让它脱离 libarena 时也能独立编译/链接（BPF selftest 目标不一定和 libarena 一起链接）。
修饰符保持一致：依旧带 __arena __hidden，确保进入 BPF arena 地址空间并对 verifier 隐藏符号。

类比

把这事想成小区公告栏：旧实现里 10 个单元每家门口贴一份"今日停电通知"，大家看的是同一张通知，但墙面上总共有 10 张一模一样的纸。清洁阿姨（gen object）只管把所有纸张叠在一起塞进文件袋，不管是不是同一张。

新方案只在物业前台（common.bpf.c）放一份底稿，每个单元需要时复印一张带走，省下 9 张纸；测试小屋（arena_spin_lock.c）因为不在物业系统里，自己也单独留一张底稿。

Highlight：风险与注意点

__weak 不等于数据段去重：BPF gen object 的合并只到符号层，.addr_space.1 是字节级拼接，"看起来只有一份"和"实际只有一份"是两件事。后续如果有人把别的 __weak 数组也写到 libarena 头里，需要警惕同样的膨胀。
测试程序必须自带定义：arena_spin_lock.c 单独复制了一份 qnodes；如果将来又新增 #include bpf_arena_spin_lock.h 但没有附上定义的目标，链接阶段会缺符号，需要在 commit log / 注释里继续强调这个约定。
asan 与非 asan 都要测：commit message 只说了 -t arena_spin_lock -t libarena，但 asan skel 才是体积收益最大的一份（约 -1.17 MB），后续 review 可以追加 ASan 构建的字节对比作为佐证。
v2 需要 rebase：Daniel 反馈无法干净应用到 bpf-next HEAD，需注意同期是否有针对 __arena / __hidden 的语义变动，否则 v2 在重写过程中可能引入风格偏移。
作者与审阅进度：Kumar 的两封回复都只是引用原文，没有提技术意见；正式 review 意见目前只有 Emil 给的 Reviewed-by 和 Daniel 的 rebase 要求，v2 一出即可合入。

版本变化

v1 -> v2（未发布）：作者承诺基于 bpf-next HEAD rebase 后重发；Emil 在 reply #5 给出 Reviewed-by: Emil Tsalapatis <emil@etsalapatis.com>，v2 应保留该 tag。

一句话总结

把 libarena 头里 64KB 的 qnodes 定义改成 extern，由 common.bpf.c 与 arena_spin_lock.c 各自提供一份，把 .addr_space.1 段砍掉约 87%、asan 版 skel 直接砍掉 1.1 MB，等 v2 rebase 后即可合入。

[PATCH] selftests/bpf: Remove duplicate copies of the arena spinlock qnodes

LLM 分析