linux 内核同步互斥技术之原子变量

原子变量用来实现对整数的互斥访问，通常用来实现计数器。
例如，我们写一行代码把变量 a 加 1，编译器把代码编译成 3 条汇编指令。
（1）把变量 a 从内存加载到寄存器。
（2）把寄存器的值加 1。
（3）把寄存器的值写回内存。
在单处理器系统中，如果进程 1 和进程 2 都执行把变量 a 加 1 的操作，可能出现下面的执行顺序：

预期结果是处理器 1 和处理器 2 执行完以后变量 a 的值加 2，但是因为在处理器 1 把变量 a 的新值写回内存之前，处理器 2 从内存读取变量 a 的旧值，导致处理器 1 和处理器 2执行完以后变量 a 的值只增加 1。
    原子变量可以解决这种问题，使 3 个操作成为一个原子操作。
    内核定义了 3 种原子变量。
（1）整数原子变量，数据类型是 atomic_t。
include/linux/types.h
typedef struct {
    int counter;
} atomic_t;

（2）长整数原子变量，数据类型是 atomic_long_t。
（3）64 位整数原子变量，数据类型是 atomic64_t。
下面以整数原子变量为例说明使用方法。初始化静态原子变量的方法如下：
atomic_t = ATOMIC_INIT(n);
在运行中动态初始化原子变量的方法如下：
atomic_set(v, i);
把原子变量 v 的值初始化为 i。
常用的原子变量操作函数如下。
（1） atomic_read(v)
读取原子变量 v 的值。
（2） atomic_add_return(i, v)
把原子变量 v 的值加上 i，并且返回新值。
（3） atomic_add(i, v)
把原子变量 v 的值加上 i。
（4） atomic_inc(v)
把原子变量 v 的值加上 1。
（5） int atomic_add_unless(atomic_t *v, int a, int u);
如果原子变量 v 的值不是 u，那么把原子变量 v 的值加上 a，并且返回 1，否则返回 0。
（6） atomic_inc_not_zero(v)
如果原子变量 v 的值不是 0，那么把原子变量 v 的值加上 1，并且返回 1，否则返回 0。
（7） atomic_sub_return(i, v)
把原子变量 v 的值减去 i，并且返回新值。
（8） atomic_sub_and_test(i, v)
把原子变量 v 的值减去 i，测试新值是否为 0，如果为 0，返回真。
（9） atomic_sub(i, v)
把原子变量 v 的值减去 i。
（10） atomic_dec(v)
把原子变量 v 的值减去 1。
（11） atomic_cmpxchg(v, old, new)
执行原子比较交换， 如果原子变量 v 的值等于 old， 那么把原子变量 v 的值设置为 new。返回值总是原子变量 v 的旧值。