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atomic_inc 原子操作 2016-04-23 16:25:45

分类: LINUX

原文地址:atomic_inc 原子操作 作者:sillyboytao

atomic_inc(&v)对变量v用锁定总线的单指令进行不可分解的"原子"级增量操作,避免v的值由于中断或多处理器同时操作造成不确定状态。


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)。




X86 用LOCK 指令实现,  不懂

ARM代码如下,  ldrex :

 ARMv6_Architecture.pdf    解释如下   还是不大明白

• LDREX{} , []
This performs a load, then sets a monitor to “watch” the address
• STREX {} , , []
This performs a store and returns “success” in Rd if no intervening access
detected by the monitor.

• LDREX{} , []
This performs a load, then sets a monitor to “watch” the address
• STREX {} , , []
This performs a store and returns “success” in Rd if no intervening access
detected by the monitor.

• LDREX{} , []
This performs a load, then sets a monitor to “watch” the address
• STREX {} , , []
This performs a store and returns “success” in Rd if no intervening access
detected by the monitor.

static inline int atomic_add_return(int i, atomic_t *v)
{
        unsigned long tmp;
        int result;

        __asm__ __volatile__("@ atomic_add_return/n"
"1:     ldrex   %0, [%2]/n"
"       add     %0, %0, %3/n"
"       strex   %1, %0, [%2]/n"
"       teq     %1, #0/n"
"       bne     1b"
        : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
        : "r" (&v->counter), "Ir" (i)
        : "cc");

        return result;
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