linux内核同步机制之原子操作
原子操作
原子的操作指的就是在执行过程中不会被别的代码所中断的操作，也就是最小执行单位。在Linux中原子操作的方法有很多，有整型原子和位原子，他们在任何情况下操作都是原子的，这些原子操作的实现都是依赖CPU来实现的，因此这些函数都与CPU架构密切相关。
整型原子
我们arm架构的原子实现在kernel/arch/arm/include/asm/atomic.h
1. 设置源自变量的值
static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i); //设置原子的值
atomic_t = ATOMIC_INIT(0); //定义原子变量并且初始化为0 2. 获取原子变量的值
#define atomic_read(v) ((v)->counter) //返回原子变量的值 3. 原子变量加减，自增自减
#define atomic_add(i, v) (void) atomic_add_return(i, v)
#define atomic_inc(v) (void) atomic_add_return(1, v)
#define atomic_sub(i, v) (void) atomic_sub_return(i, v)
#define atomic_dec(v) (void) atomic_sub_return(1, v) 4. 操作并测试
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);
上述操作对原子变量执行自增、自减和减操作后测试其是否为0,为-则返回true，否则返回false。
5. 操作并返回
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); 返回新值。
位原子操作与整型雷同
举个例子---使用原子变量实现设备只能被一个进程打开。
驱动程序代码：
static atomic_t globalmem_available = ATOMIC_INIT(1); //define atomic valiable
int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
if(!atomic_dec_and_test(&globalmem_available)) {
printk(KERN_ERR "already open!\n");
atomic_inc(&globalmem_available);
return -EBUSY; //already open
}
printk(KERN_INFO "globalmem open!\n");
filp->private_data = globalmem_devp;
return 0;
}
int globalmem_release(struct inode *inode ,struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO "globalmem release!\n");
atomic_inc(&globalmem_available);
return 0;
} 很简单，使用我们的atomic_dec_and_test来进行原子的测试并返回，然后检测返回值来查看该设备是否已经被打开，最后在close的时候再自加1.
应用程序代码：
打开之前我们的字符设备，然后sleep 10秒钟，然后再close，
#include
#include
#include
int main()
{
int fd;
fd = open("/dev/globalmem",O_RDWR);
if(fd == -1) {
printf("open error!!\n");
return -1;
}
sleep(10);
printf("close fd!\n");
close(fd);
return 0;
} 我们在这sleep的10秒内去cat /dev/globalmem
cat globalmem
Hello globalmem driver 还是可以cat出来的，如果有好多个进程都要读写我们的globalmem的话就会产生竞态，会导致读出来的数据有问题，所以这里我们让我们的驱动在同一时间只能由一个进程来访问。
编译：
我们重新编译驱动，然后加载，并跟之前一样来测试，发现在打开之后还没关闭的时候，我们去cat会发生错误，提示设备忙。
cat globalmem
cat: globalmem: Device or resource busy
整型原子操作
1、设置原子变量的值
#define atomic_set(v,i) ((v)->counter = (i))
void atomic_set(atomic_t *v, int i); /* 设置原子变量的值为i */
#define ATOMIC_INIT(i) ( (atomic_t) { (i) } )
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); /* 定义原子变量 v 并初始化为 0 （该宏只支持初始为 0）*/
2、获取原子变量的值
#define atomic_read(v) ((v)->counter + 0) atomic_read(atomic_t *v); /* 返回原子变量的值 */
3、原子变量加/减
void atomic_add(int i, atomic_t *v); /* 原子变量加 i */ void atomic_sub(int i, atomic_t *v); /* 原子变量减 i */
4、原子变量自增/自减
#define atomic_inc(v) atomic_add(1, v); void atomic_inc(atomic_t *v); /* 原子变量自增 1 */ #define atomic_dec(v) atomic_sub(1, v); void atomic_dec(atomic_t *v); /* 原子变量自减 1 */
5、操作并测试
#define atomic_inc_and_test(v) (atomic_add_return(1, (v)) == 0)static inline int atomic_inc_and_test(atomic_t *v); /* 原子变量自增 1 并判断结果是否为 0 */ int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); /* 原子变量自减 1 并判断结果是否为 0 */ int atomic_sub_and_teset(int i, atomic_t *v); /* 原子变量减 i 并判断结果是否为 0 */ /* 上述测试结果为 0 返回 true 否者返回 false */
6、操作并返回
int atomic_add_and_return(int i, atomic_t *v); /* 原子变量加 i 并返回新值 */ int atomic_sub_and_return(int i, atomic_t *v); /* 原子变量减 i 并返回新值 */ int atomic_inc_and_return(atomic_t *v); /* 原子变量自增 1 并返回新值 */ int atomic_dec_and_return(atomic_t *v); /* 原子变量自减 1 并返回新值 */
原子操作的优点编写简单；缺点是功能太简单，只能做计数操作，保护的东西太少。下面看一个实例
static atomic_t v=ATOMIC_INIT(1);
static int hello_open (struct inode *inode, struct file *filep)
{
if(!atomic_dec_and_test(&v)) {
atomic_inc(&v);
return -EBUSY;
}
return 0;
}
static int hello_release (struct inode *inode, struct file *filep)
{
atomic_inc(&v);
return 0;
}