原子操作

原子操作，顾名思义，就是说像原子一样不可再细分不可被中途打断。一个操作是原子操作，意思就是说这个操作是以原子的方式被执行，要一口气执行完，执行过程不能够被OS的其他行为打断，是一个整体的过程，在其执行过程中，OS的其它行为是插不进来的。

在linux中提供了两种形式的原子操作：

一种是对整数进行的操作

一种是对单独的位进行操作

在linux中有一个专门的atomic_t类型(一个24位原子访问计数器)和一些对atomic类型变量进行相应操作的的函数

其atomic_t原型如下：

typedef struct { volatile int counter; } atomic_t;

它是一个只含有一个volatile类型的成员变量的结构体；因此编译器不对相应的值进行访问优化(因为是volatile类型的)。

原子整数操作的使用：

常见的用途是计数器，因为计数器是一个很简单的操作，所以无需复杂的锁机制；

能使用原子操作的地方，尽量不使用复杂的锁机制；

对atomic_t类型的变量的使用方法以及对其所能进行的操作：

下面是相应的函数及其原型：

小提示：

******

在其函数的实现体中，有一个LOCK_PREFIX宏定义，如果选了CONFIG_SMP，就会定义这么一个宏，与SMP相关的一些设置，否则LOCK_PREFIX的定义就为空；

******

//原子的读取atomic_t变量的值，v是这个变量的地址

#define atomic_read(v)        ((v)->counter)

//原子的设置atomic_t变量的值，v是这个变量的地址，i要设置的新值；

#define atomic_set(v,i)        (((v)->counter) = (i))

//原子的增加atomic_t变量的值，i是要增加的数值，v是这个变量的地址

static __inline__ void atomic_add(int i, atomic_t *v)

{

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "addl %1,%0"

:"=m" (v->counter)

:"ir" (i), "m" (v->counter));

}

//原子的减少atomic_t变量的值，i是要减少的数值，v是这个变量的地址；

static __inline__ void atomic_sub(int i, atomic_t *v)

{

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "subl %1,%0"

:"=m" (v->counter)

:"ir" (i), "m" (v->counter));

}

//原子的对atomic_t变量的值进行减少i的操作，并且检测其结果是否为0；若为0，返回true，否则，返回false；

//i是要减少的数值，v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)

{

unsigned char c;

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "subl %2,%0; sete %1"

:"=m" (v->counter), "=qm" (c)

:"ir" (i), "m" (v->counter) : "memory");

return c;

}

//原子的对atomic_t变量的值进行加1的操作，v是这个变量的地址；

static __inline__ void atomic_inc(atomic_t *v)

{

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "incl %0"

:"=m" (v->counter)

:"m" (v->counter));

}

//原子的对atomic_t变量的值进行减1的操作，v是这个变量的地址；

static __inline__ void atomic_dec(atomic_t *v)

{

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "decl %0"

:"=m" (v->counter)

:"m" (v->counter));

}

//原子的对atomic_t变量的值进行减少1的操作，并且检测其结果是否为0；若为0，返回true，否则，返回false；

//v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)

{

unsigned char c;

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "decl %0; sete %1"

:"=m" (v->counter), "=qm" (c)

:"m" (v->counter) : "memory");

return c != 0;

}

//原子的对atomic_t变量的值进行加1的操作，并且检测其结果是否为0；若为0，返回true，否则，返回false；

//v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)

{

unsigned char c;

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "incl %0; sete %1"

:"=m" (v->counter), "=qm" (c)

:"m" (v->counter) : "memory");

return c != 0;

}

//原子的对atomic_t变量的值进行加i的操作，并且检测其结果是否为负；若为负，返回true，否则，返回false；

//i是要增加的数值，v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)

{

unsigned char c;

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "addl %2,%0; sets %1"

:"=m" (v->counter), "=qm" (c)

:"ir" (i), "m" (v->counter) : "memory");

return c;

}

//原子的对atomic_t变量的值进行加i的操作，并且将所得结果返回；

//i是要增加的数值，v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_add_return(int i, atomic_t *v)

{

int __i;

#ifdef CONFIG_M386

unsigned long flags;

if(unlikely(boot_cpu_data.x86==3))

goto no_xadd;

#endif

/* Modern 486+ processor */

__i = i;

__asm__ __volatile__(

LOCK_PREFIX "xaddl %0, %1;"

:"=r"(i)

:"m"(v->counter), "0"(i));

return i + __i;

#ifdef CONFIG_M386

no_xadd: /* Legacy 386 processor */

local_irq_save(flags);

__i = atomic_read(v);

atomic_set(v, i + __i);

local_irq_restore(flags);

return i + __i;

#endif

}

//原子的对atomic_t变量的值进行减i的操作，并且将所得结果返回；

//i是要减少的数值，v是这个变量的地址；

static __inline__ int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v)

{

return atomic_add_return(-i,v);

}

//原子的比较old与v是否相等，若相等，则把new的值写入到v中，并且返回old的值；

#define atomic_cmpxchg(v, old, new) ((int)cmpxchg(&((v)->counter), old, new))

//原子的比较

#define atomic_xchg(v, new) (xchg(&((v)->counter), new))

/**

* atomic_add_unless - add unless the number is a given value

* @v: pointer of type atomic_t

* @a: the amount to add to v...

* @u: ...unless v is equal to u.

*

* Atomically adds @a to @v, so long as it was not @u.

* Returns non-zero if @v was not @u, and zero otherwise.

*/

//原子的对atomic_t变量的值进行加a的操作，直到v等于u，如果v与u不等，返回非零值；否则返回0；

//a是要增加的数值，v是这个变量的地址，u是要比较的值；

#define atomic_add_unless(v, a, u)                \

({                                \

int c, old;                        \

c = atomic_read(v);                    \

for (;;) {                        \

if (unlikely(c == (u)))                \

break;                    \

old = atomic_cmpxchg((v), c, c + (a));        \

if (likely(old == c))                \

break;                    \

c = old;                    \

}                            \

c != (u);                        \

})

#define atomic_inc_not_zero(v) atomic_add_unless((v), 1, 0)

#define atomic_inc_return(v)  (atomic_add_return(1,v))

#define atomic_dec_return(v)  (atomic_sub_return(1,v))

//掩码

/* These are x86-specific, used by some header files */

#define atomic_clear_mask(mask, addr) \

__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX "andl %0,%1" \

: : "r" (~(mask)),"m" (*addr) : "memory")

#define atomic_set_mask(mask, addr) \

__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX "orl %0,%1" \

: : "r" (mask),"m" (*(addr)) : "memory")

下面举例说明原子操作的用法：

定义一个atomic_c类型的数据很简单，还可以定义时给它设定初值：

(1) atomic_t u;                     /*定义 u*/

(2) atomic_t v = ATOMIC_INIT(0)     /*定义 v 并把它初始化为0*/

对其操作：

(1) atomic_set(&v,4)                /* v = 4 ( 原子地)*/

(2) atomic_add(2,&v)                /* v = v + 2 = 6 (原子地) */

(3) atomic_inc(&v)                   /* v = v + 1 =7(原子地)*/

如果需要将atomic_t转换成int型，可以使用atomic_read()来完成：

printk(“%d\n”,atomic_read(&v));    /* 会打印7*/

原子整数操作最常见的用途就是实现计数器。使用复杂的锁机制来保护一个单纯的计数器是很笨拙的，所以，开发者最好使用atomic_inc()和atomic_dec()这两个相对来说轻便一点的操作。

还可以用原子整数操作原子地执行一个操作并检查结果。一个常见的例子是原子的减操作和检查。

int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)

这个函数让给定的原子变量减1，如果结果为0，就返回1；否则返回0

原子位操作

操作函数的参数是一个指针和一个位号

第0位是给定地址的最低有效位

原子位操作中没有特殊的数据类型

例如：set_bit(0, &word);

如：标志寄存器EFLSGS的系统标志，用于控制I/O访问，可屏蔽硬件中断。共32位，不同的位代表不同的信息，对其中信息改变都是通过位操作实现的

原子操作中的位操作部分函数如下：

void set_bit(int nr, void *addr)        原子设置addr所指的第nr位

void clear_bit(int nr, void *addr)      原子的清空所指对象的第nr位

void change_bit(nr, void *addr)         原子的翻转addr所指的第nr位

int test_bit(nr, void *addr)            原子的返回addr位所指对象nr位

int test_and_set_bit(nr, void *addr)    原子设置addr所指对象的第nr位，并返回原先的值

int test_and_clear_bit(nr, void *addr)  原子清空addr所指对象的第nr位，并返回原先的值

int test_and_change_bit(nr, void *addr)  原子翻转addr所指对象的第nr位，并返回原先的值

#include #include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include

#define MAGIC 'B'

#define GET_BTN_VAL _IOR(MAGIC,1,unsigned long)typedefstruct{

unsignedintgpio;

unsignedintbtn;

unsignedintirq;char*name;

}irq_typedef;static irq_typedef irq_source[]={

{EXYNOS4_GPX3(2),1,0,"btn1"},

{EXYNOS4_GPX3(3),2,0,"btn2"},

{EXYNOS4_GPX3(4),3,0,"btn3"},

{EXYNOS4_GPX3(5),4,0,"btn4"}

};//等待队列静态申请

static intcondition;//static wait_queue_head_t btn_wait_que;//static init_waitqueue_head(&btn_wait_que);

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(btn_wait_que);//定时器

structtimer_list btn_timer;static unsigned longbtn_num;

irq_typedef*curdev;static inttimer_flag;//中断函数

static irq_handler_t gpio_btn_handler(int irq, void *dev)

{

curdev= (irq_typedef*)dev;if(!timer_flag)

{

add_timer(&btn_timer);

timer_flag=1;

}elsemod_timer(&btn_timer, jiffies+msecs_to_jiffies(200));return 0;

}//定时器处理函数

static void btn_tim_function(unsigned longdata)

{

printk("%s\n",curdev->name);

printk("curbtn :%d\n",curdev->btn);

condition=1;

wake_up(&btn_wait_que);//全局变量在ioctrl中调用

btn_num = curdev->btn;

}

atomic_t btn_atomic= ATOMIC_INIT(1);static int btn_open(struct inode *node, struct file *fil)

{inti,ret;if(!atomic_dec_and_test(&btn_atomic))

{

atomic_inc(&btn_atomic);return -1;

}for(i=0;i<4;i++)

{//设置相应IO口为中断

irq_source[i].irq =gpio_to_irq(irq_source[i].gpio);//请求中断

ret = request_irq(irq_source[i].irq,(irq_handler_t)gpio_btn_handler, IRQF_TRIGGER_FALLING,irq_source[i].name,&irq_source[i]);

}

btn_timer.expires=jiffies+msecs_to_jiffies(200);

btn_timer.function=btn_tim_function;

btn_timer.data=0;

init_timer(&btn_timer);returnret;

}static int btn_release(struct inode *node, struct file *fil)

{inti;

atomic_inc(&btn_atomic);

del_timer(&btn_timer);//释放中断号和中断那个结构体成员//free_irq(unsigned int irq, void * dev_id)

for(i=0;i<4;i++)

free_irq(irq_source[i].irq,&irq_source[i]);return 0;

}static long btn_ioctl(struct file *fil, unsigned int cmd, unsigned longarg)

{//int ret;//把数据转换成用户空间类型 和上层进行通信

void __user *argp = (void __user *)arg;

wait_event_interruptible(btn_wait_que, condition);

condition=0;switch(cmd)

{caseGET_BTN_VAL://printk("btn_num :%ld\n",btn_num);

put_user(btn_num, (unsigned int __user *) argp);//ret = copy_to_user((void __user *) argp, (void *)&btn_num,4);//copy_to_user(void __user * to, const void * from, unsigned long n);

break;default:return -EINVAL;

}return 0;

}//文件操作集合

static struct file_operations btn_irq_fops ={

.owner=THIS_MODULE,

.unlocked_ioctl=btn_ioctl,

.open=btn_open,

.release=btn_release,

};//杂项注册

static struct miscdevice btn_misc={

.minor= 255,

.name= "btn",

.fops= &btn_irq_fops,

};static __init int btn_irq_init(void)

{intret;

ret= misc_register(&btn_misc);returnret;

}static __exit void btn_irq_exit(void)

{

misc_deregister(&btn_misc);

}

module_init(btn_irq_init);

module_exit(btn_irq_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

1 #include

2 #include

3 #include

4 #include

5 #include

6 #include

7 #include

8

9 #define MAGIC 'B'

10 #define GET_BTN_VAL _IOR(MAGIC, 1, unsigned long)

11

12 int main(int argc,char *argv[])13 {14 int btn_fd,btn_val=0;15

16 if(argc!=2)17 {18 printf("Usage: \n",argv[0]);19 return -1;20 }21

22 btn_fd = open(argv[1],O_RDONLY);23

24 if(btn_fd<0)25 {26 printf("busy!!!!!\n");27 return -1;28

29 }30

31

32 while(1)33 {34 ioctl(btn_fd,GET_BTN_VAL,&btn_val);35 //ioctl(btn_fd,GET_BTN_VAL,btn_val);36 //sleep(1);

37

38 printf("btn_val(irq):%d\n",btn_val);39 }40 }

1 obj-m +=btnirq.o2 SOURCE =btntest.o3

4 CROSS_COMPLIE = arm-linux-

5 CC =$(CROSS_COMPLIE)gcc6

7 KERNDIR = /centos/xyd/linux-3.5

8 #CURDIR =$(shell pwd)9 CURDIR =`pwd`10

11 .PHONY: module clean12

13 all: module $(SOURCE:.o=)14

15 module:16 $(MAKE) -C $(KERNDIR) M=$(CURDIR) modules17

18 $(SOURCE:.o=):$(SOURCE)19 $(CC) -o $@ $^

20

21 %.o:%.c22 $(CC) -c $<

23

24 clean:25 $(MAKE) -C $(KERNDIR) M=$(CURDIR) clean26 rm $(SOURCE:.o=)