Linux驱动(并发):04---原子操作（atomic_t、atomic_set、set_bit）

一、原子操作介绍

• 原子操作可以保证对一个整型数据的修改是排他性的
• Linux内核提供了一系列函数来实现内核中的 原子操作，这些函数又分为两类，分别针对位和整型变量进行原子操作
• 位和整型变量的原子操作都依赖于底层CPU的原子操作，因此所有这些函数都与CPU架构密切相关
• 对于ARM处理器而言，底层使用 LDREX和STREX指令，比如atomic_inc（）底层的实现会调用到atomic_add（），其代码如下：

static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
    unsigned long tmp;
    int result;
    prefetchw(&v->counter);
    __asm__ __volatile__("@ atomic_add\n"
"1: ldrex %0, [%3]\n"
"   add %0, %0, %4\n"
"   strex %1, %0, [%3]\n"
"   teq %1, #0\n"
"   bne 1b"
    : "=&r" (result),"=&r" (tmp),"+Qo" (v->counter)
    : "r" (&v->counter),"Ir" (i)
    : "cc");
}

二、整型原子操作

设置原子变量的值

void atomic_set(atomic_t *v, int i); /* 设置原子变量的值为i */
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);         /* 定义原子变量v并初始化为0 */

获取原子变量的值

atomic_read(atomic_t *v); /* 返回原子变量的值*/

原子变量加/减

void atomic_add(int i, atomic_t *v); /* 原子变量增加i */
void atomic_sub(int i, atomic_t *v); /* 原子变量减少i */

原子变量自增/自减

void atomic_inc(atomic_t *v); /* 原子变量增加1 */
void atomic_dec(atomic_t *v); /* 原子变量减少1 */

操作并测试

• 下述操作对原子变量执行自增、自减和减操作后（注意没有加），测试其是否为0，为0返回true，否 则返回false

int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);

 操作并返回

• 下述操作对原子变量进行加/减和自增/自减操作，并返回新的值

int atomic_add_return(int i, atomic_t *v);
int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);
int atomic_inc_return(atomic_t *v);
int atomic_dec_return(atomic_t *v);

三、位原子操作

设置位

• 下述操作设置addr地址的第nr位，所谓设置位即是将位写为1

void set_bit(nr, void *addr);

清除位

• 下述操作清除addr地址的第nr位，所谓清除位即是将位写为0

void clear_bit(nr, void *addr);

改变位

• 下述操作对addr地址的第nr位进行反置

void change_bit(nr, void *addr);

测试位

• 下述操作返回addr地址的第nr位

test_bit(nr, void *addr);

测试并操作位

• 下述test_and_xxx_bit（nr，void*addr）操作等同于执行test_bit（nr，void*addr）后再执行 xxx_bit（nr，void*addr）

int test_and_set_bit(nr, void *addr);
int test_and_clear_bit(nr, void *addr);
int test_and_change_bit(nr, void *addr);

四、演示案例

• 下面给出了原子变量的使用例子，它使得设备最多只能被一个进程打开

static atomic_t xxx_available = ATOMIC_INIT(1); /* 定义原子变量*/

static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    ...
    if (!atomic_dec_and_test(&xxx_available)) {
        atomic_inc(&xxx_available);
        return - EBUSY; /* 已经打开*/
    }
    ...
    return 0; /* 成功 */
}

static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    atomic_inc(&xxx_available); /* 释放设备 */
    return 0;
}