GCC 提供的原子操作
gcc从4.1.2提供了__sync_*系列的built-in函数,用于提供加减和逻辑运算的原子操作。
其声明如下:
type __sync_fetch_and_add (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_sub (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_or (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_and (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_xor (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_nand (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_add_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_sub_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_or_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_and_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_xor_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
type __sync_nand_and_fetch (type
*
ptr, type value, ...)
这两组函数的区别在于第一组返回更新前的值,第二组返回更新后的值。
type可以是1,2,4或8字节长度的int类型,即:
int8_t
/
uint8_t
int16_t
/
uint16_t
int32_t
/
uint32_t
int64_t
/
uint64_t
后面的可扩展参数(...)用来指出哪些变量需要memory barrier,因为目前gcc实现的是full barrier(类似于linux kernel 中的mb(),表示这个操作之前的所有内存操作不会被重排序到这个操作之后),所以可以略掉这个参数。
bool
__sync_bool_compare_and_swap (type
*
ptr, type oldval type newval, ...)
type __sync_val_compare_and_swap (type
*
ptr, type oldval type newval, ...)
这两个函数提供原子的比较和交换,如果*ptr == oldval,就将newval写入*ptr,
第一个函数在相等并写入的情况下返回true.
第二个函数在返回操作之前的值。
发出一个full barrier.
关于memory barrier,cpu会对我们的指令进行排序,一般说来会提高程序的效率,但有时候可能造成我们不希望得到的结果,举一个例子,比如我们有一个硬件设备,它有4个寄存器,当你发出一个操作指令的时候,一个寄存器存的是你的操作指令(比如READ),两个寄存器存的是参数(比如是地址和size),最后一个寄存器是控制寄存器,在所有的参数都设置好之后向其发出指令,设备开始读取参数,执行命令,程序可能如下:
write1(dev.register_size,size);
write1(dev.register_addr,addr);
write1(dev.register_cmd,READ);
write1(dev.register_control,GO);
如果最后一条write1被换到了前几条语句之前,那么肯定不是我们所期望的,这时候我们可以在最后一条语句之前加入一个memory barrier,强制cpu执行完前面的写入以后再执行最后一条:
write1(dev.register_size,size);
write1(dev.register_addr,addr);
write1(dev.register_cmd,READ);
__sync_synchronize();
write1(dev.register_control,GO);
memory barrier有几种类型:
acquire barrier : 不允许将barrier之后的内存读取指令移到barrier之前(linux kernel中的wmb())。
release barrier : 不允许将barrier之前的内存读取指令移到barrier之后 (linux kernel中的rmb())。
full barrier : 以上两种barrier的合集(linux kernel中的mb())。
还有两个函数:
type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)
将*ptr设为value并返回*ptr操作之前的值。
void __sync_lock_release (type *ptr, ...)
将*ptr置0
示例程序:
#include
<
stdio.h
>
#include
<
pthread.h
>
#include
<
stdlib.h
>
static
int
count
=
0
;
void
*
test_func(
void
*
arg)
{
int
i
=
0
;
for
(i
=
0
;i
<
20000
;
++
i){
__sync_fetch_and_add(
&
count,
1
);
}
return
NULL;
}
int
main(
int
argc,
const
char
*
argv[])
{
pthread_t id[
20
];
int
i
=
0
;
for
(i
=
0
;i
<
20
;
++
i){
pthread_create(
&
id[i],NULL,test_func,NULL);
}
for
(i
=
0
;i
<
20
;
++
i){
pthread_join(id[i],NULL);
}
printf(
"
%d\n
"
,count);
return
0
;
}
参考:
1. http://refspecs.freestandards.org/elf/IA64-SysV-psABI.pdf section 7.4
2. http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.1.2/gcc/Atomic-Builtins.html#Atomic-Builtins