Linux原子操作

所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断，也就说，它的最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位，因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。 

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）。