linux并发控制之原子操作

原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。

分为两类：整型原子操作 和 位原子操作。

特点：

1.任何情况下操作都是原子的。

2.都依赖底层的CPU的原子操作来实现，所以和CPU架构密切相关。

注意：

    1.原子操作在不同体系架构实现的方法不同，基本采用汇编实现

    2.上述的整数原子函数集仅针对32位，内核中关于64位有另一套函数

    3.对于SMP系统，内核还提供了local_t数据类型，实现对单个CPU的整数原子操作，接口函数仅将atomic_替换成local_即可，定义于linux/asm-generic/local.h

一.整型原子操作

定义于#include<asm/atomic.h>

分为 定义，获取，加减，测试，返回。

void atomic_set(atomic_t *v,int i);    //设置原子变量v的值为i

atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);     //定义原子变量v,并初始化为0;

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

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

void atomic_sub(int i, atomic_t* v);    

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

void atomic_dec(atomic_t* v);     

int atomic_inc_and_test(atomic_t* v);        //先自增1,然后测试其值是否为0,若为0,则返回true,否则返回false;

int atomic_dec_and_test(atomic_t* v);        

int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t* v);     //先减i,然后测试其值是否为0,若为0,则返回true,否则返回false;

注意：只有自加，没有加操作

int atomic_add_return(int i, atomic_t* v);   //v的值加i后返回新的值;

int atomic_sub_return(int i, atomic_t* v);  

int atomic_inc_return(atomic_t* v);     //v的值自增1后返回新的值;

int atomic_dec_return(atomic_t* v);    

二.位原子操作

定义于#include<asm/bitops.h>

分为 设置，清除，改变，测试

void set_bit(int nr, volatile void* addr);        //设置地址addr的第nr位,所谓设置位,就是把位写为1;

void clear_bit(int nr, volatile void* addr);      //清除地址addr的第nr位,所谓清除位,就是把位写为0;

void change_bit(int nr, volatile void* addr);     //把地址addr的第nr位反转;

int test_bit(int nr, volatile void* addr);    //返回地址addr的第nr位;

int test_and_set_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并设置位;若addr的第nr位非0,则返回true; 若addr的第nr位为0,则返回false;

int test_and_clear_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并清除位;

int test_and_change_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并反转位;

上述操作等同于先执行test_bit(nr,voidaddr)然后在执行xxx_bit(nr,voidaddr)

举个简单例子：

为了实现设备只能被一个进程打开，从而避免竞态的出现

static atomic_t scull_available = ATOMIC_INIT(1);      //init atomic

在scull_open 函数和scull_close函数中：

int scull_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

    struct scull_dev *dev;         // device information

    dev = container_of(inode->i_cdev, struct scull_dev, cdev);

    filp->private_data = dev;         // for other methods 

    if(!atomic_dec_and_test(&scull_available)){

        atomic_inc(&scull_available);

        return -EBUSY;

    }

    return 0;         // success 

}

int scull_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

    atomic_inc(&scull_available);

    return 0;

}

同样也可以用位原子操作实现