linux设备驱动核心理论(1)

linux设备驱动核心理论

1. linux设备驱动中的并发控制

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。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。它们的共同点是在任何情况下操作都是原子的，内核代码可以安全地调用它们而不被打断。位和整型变量原子操作都依赖底层CPU的原子操作来实现，因此所有这些函数都与CPU架构密切相关。原子操作需要硬件的支持，因此是架构相关的，其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的include/asm/atomic.h文件中，它们都使用汇编语言实现，因为C语言并不能实现这样的操作。
　　原子操作主要用于实现资源计数，很多引用计数(refcnt)就是通过原子操作实现的。原子类型定义如下：

typedef struct

{

volatile int counter;

}

atomic_t;

　　volatile修饰字段告诉gcc不要对该类型的数据做优化处理，对它的访问都是对内存的访问，而不是对寄存器的访问。
　　原子操作API包括：

atomic_read(atomic_t * v);

　　该函数对原子类型的变量进行原子读操作，它返回原子类型的变量v的值。

atomic_set(atomic_t * v, int i);

　　该函数设置原子类型的变量v的值为i。

void atomic_add(int i, atomic_t *v);

　　该函数给原子类型的变量v增加值i。

atomic_sub(int i, atomic_t *v);

　　该函数从原子类型的变量v中减去i。

int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);

　　该函数从原子类型的变量v中减去i，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。

void atomic_inc(atomic_t *v);

　　该函数对原子类型变量v原子地增加1。

void atomic_dec(atomic_t *v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地减1。

int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地减1，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。

int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地增加1，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。

int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地增加I，并判断结果是否为负数，如果是，返回真，否则返回假。

int atomic_add_return(int i, atomic_t *v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地增加i，并且返回指向v的指针。

int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);

　　该函数从原子类型的变量v中减去i，并且返回指向v的指针。

int atomic_inc_return(atomic_t * v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地增加1并且返回指向v的指针。

int atomic_dec_return(atomic_t * v);

　　该函数对原子类型的变量v原子地减1并且返回指向v的指针。
　　原子操作通常用于实现资源的引用计数，在TCP/IP协议栈的IP碎片处理中，就使用了引用计数，碎片队列结构struct ipq描述了一个IP碎片，字段refcnt就是引用计数器，它的类型为atomic_t，当创建IP碎片时（在函数ip_frag_create中），使用atomic_set函数把它设置为1，当引用该IP碎片时，就使用函数atomic_inc把引用计数加1。
　　当不需要引用该IP碎片时，就使用函数ipq_put来释放该IP碎片，ipq_put使用函数atomic_dec_and_test把引用计数减1并判断引用计数是否为0，如果是就释放IP碎片。函数ipq_kill把IP碎片从ipq队列中删除，并把该删除的IP碎片的引用计数减1（通过使用函数atomic_dec实现）。