在任何处理器平台下，都会有一些原子性操作，供操作系统使用，我们这里只讲x86下面的。在单处理器情况下，每条指令的执行都是原子性的，但在多处理器情况下，只有那些单独的读操作或写操作才是原子性的。为了弥补这一缺点，x86提供了附加的lock前缀，使带lock前缀的读修改写指令也能原子性执行。带lock前缀的指令在操作时会锁住总线，使自身的执行即使在多处理器间也是原子性执行的。xchg指令不带lock前缀也是原子性执行，也就是说xchg执行时默认会锁内存总线。原子性操作是线程间同步的基础，linux专门定义了一种只进行原子操作的类型atomic_t，并提供相关的原子读写调用API。本节就来分析这些原子操作在x86下的实现。

  1. typedef struct {
  2. volatile int counter;
  3. } atomic_t;

原子类型其实是int类型，只是禁止寄存器对其暂存。

  1. #define ATOMIC_INIT(i)  { (i) }

原子类型的初始化。32位x86平台下atomic API在arch/x86/include/asm/atomic_32.h中实现。

  1. static inline int atomic_read(const atomic_t *v)
  2. {
  3. return v->counter;
  4. }
  5. static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i)
  6. {
  7. v->counter = i;
  8. }

单独的读操作或者写操作，在x86下都是原子性的。

  1. static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
  2. {
  3. asm volatile(LOCK_PREFIX "addl %1,%0"
  4. : "+m" (v->counter)
  5. : "ir" (i));
  6. }
  7. static inline void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
  8. {
  9. asm volatile(LOCK_PREFIX "subl %1,%0"
  10. : "+m" (v->counter)
  11. : "ir" (i));
  12. }

atomic_add和atomic_sub属于读修改写操作，实现时需要加lock前缀。

  1. static inline int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)
  2. {
  3. unsigned char c;
  4. asm volatile(LOCK_PREFIX "subl %2,%0; sete %1"
  5. : "+m" (v->counter), "=qm" (c)
  6. : "ir" (i) : "memory");
  7. return c;
  8. }

atomic_sub_and_test执行完减操作后检查结果是否为0。

  1. static inline void atomic_inc(atomic_t *v)
  2. {
  3. asm volatile(LOCK_PREFIX "incl %0"
  4. : "+m" (v->counter));
  5. }
  6. static inline void atomic_dec(atomic_t *v)
  7. {
  8. asm volatile(LOCK_PREFIX "decl %0"
  9. : "+m" (v->counter));
  10. }

atomic_inc和atomic_dec是递增递减操作。

  1. static inline int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)
  2. {
  3. unsigned char c;
  4. asm volatile(LOCK_PREFIX "decl %0; sete %1"
  5. : "+m" (v->counter), "=qm" (c)
  6. : : "memory");
  7. return c != 0;
  8. }

atomic_dec_and_test在递减后检查结果是否为0。

  1. static inline int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)
  2. {
  3. unsigned char c;
  4. asm volatile(LOCK_PREFIX "incl %0; sete %1"
  5. : "+m" (v->counter), "=qm" (c)
  6. : : "memory");
  7. return c != 0;
  8. }

atomic_inc_and_test在递增后检查结果是否为0。

  1. static inline int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)
  2. {
  3. unsigned char c;
  4. asm volatile(LOCK_PREFIX "addl %2,%0; sets %1"
  5. : "+m" (v->counter), "=qm" (c)
  6. : "ir" (i) : "memory");
  7. return c;
  8. }

atomic_add_negative在加操作后检查结果是否为负数。

  1. static inline int atomic_add_return(int i, atomic_t *v)
  2. {
  3. int __i;
  4. #ifdef CONFIG_M386
  5. unsigned long flags;
  6. if (unlikely(boot_cpu_data.x86 <= 3))
  7. goto no_xadd;
  8. #endif
  9. /* Modern 486+ processor */
  10. __i = i;
  11. asm volatile(LOCK_PREFIX "xaddl %0, %1"
  12. : "+r" (i), "+m" (v->counter)
  13. : : "memory");
  14. return i + __i;
  15. #ifdef CONFIG_M386
  16. no_xadd: /* Legacy 386 processor */
  17. local_irq_save(flags);
  18. __i = atomic_read(v);
  19. atomic_set(v, i + __i);
  20. local_irq_restore(flags);
  21. return i + __i;
  22. #endif
  23. }

atomic_add_return 不仅执行加操作，而且把相加的结果返回。它是通过xadd这一指令实现的。

  1. static inline int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v)
  2. {
  3. return atomic_add_return(-i, v);
  4. }

atomic_sub_return 不仅执行减操作，而且把相减的结果返回。它是通过atomic_add_return实现的。

  1. static inline int atomic_cmpxchg(atomic_t *v, int old, int new)
  2. {
  3. return cmpxchg(&v->counter, old, new);
  4. }
  5. #define cmpxchg(ptr, o, n)                      \
  6. ((__typeof__(*(ptr)))__cmpxchg((ptr), (unsigned long)(o),   \
  7. (unsigned long)(n),      \
  8. sizeof(*(ptr))))
  9. static inline unsigned long __cmpxchg(volatile void *ptr, unsigned long old,
  10. unsigned long new, int size)
  11. {
  12. unsigned long prev;
  13. switch (size) {
  14. case 1:
  15. asm volatile(LOCK_PREFIX "cmpxchgb %b1,%2"
  16. : "=a"(prev)
  17. : "q"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)
  18. : "memory");
  19. return prev;
  20. case 2:
  21. asm volatile(LOCK_PREFIX "cmpxchgw %w1,%2"
  22. : "=a"(prev)
  23. : "r"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)
  24. : "memory");
  25. return prev;
  26. case 4:
  27. asm volatile(LOCK_PREFIX "cmpxchgl %k1,%2"
  28. : "=a"(prev)
  29. : "r"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)
  30. : "memory");
  31. return prev;
  32. case 8:
  33. asm volatile(LOCK_PREFIX "cmpxchgq %1,%2"
  34. : "=a"(prev)
  35. : "r"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)
  36. : "memory");
  37. return prev;
  38. }
  39. return old;
  40. }

atomic_cmpxchg是由cmpxchg指令完成的。它把旧值同atomic_t类型的值相比较，如果相同，就把新值存入atomic_t类型的值中，返回atomic_t类型变量中原有的值。

  1. static inline int atomic_xchg(atomic_t *v, int new)
  2. {
  3. return xchg(&v->counter, new);
  4. }
  5. #define xchg(ptr, v)                            \
  6. ((__typeof__(*(ptr)))__xchg((unsigned long)(v), (ptr), sizeof(*(ptr))))
  7. static inline unsigned long __xchg(unsigned long x, volatile void *ptr,
  8. int size)
  9. {
  10. switch (size) {
  11. case 1:
  12. asm volatile("xchgb %b0,%1"
  13. : "=q" (x)
  14. : "m" (*__xg(ptr)), "0" (x)
  15. : "memory");
  16. break;
  17. case 2:
  18. asm volatile("xchgw %w0,%1"
  19. : "=r" (x)
  20. : "m" (*__xg(ptr)), "0" (x)
  21. : "memory");
  22. break;
  23. case 4:
  24. asm volatile("xchgl %k0,%1"
  25. : "=r" (x)
  26. : "m" (*__xg(ptr)), "0" (x)
  27. : "memory");
  28. break;
  29. case 8:
  30. asm volatile("xchgq %0,%1"
  31. : "=r" (x)
  32. : "m" (*__xg(ptr)), "0" (x)
  33. : "memory");
  34. break;
  35. }
  36. return x;
  37. }

atomic_xchg则是将新值存入atomic_t类型的变量，并将变量的旧值返回。它使用xchg指令实现。

  1. /**
  2. * atomic_add_unless - add unless the number is already a given value
  3. * @v: pointer of type atomic_t
  4. * @a: the amount to add to v...
  5. * @u: ...unless v is equal to u.
  6. *
  7. * Atomically adds @a to @v, so long as @v was not already @u.
  8. * Returns non-zero if @v was not @u, and zero otherwise.
  9. */
  10. static inline int atomic_add_unless(atomic_t *v, int a, int u)
  11. {
  12. int c, old;
  13. c = atomic_read(v);
  14. for (;;) {
  15. if (unlikely(c == (u)))
  16. break;
  17. old = atomic_cmpxchg((v), c, c + (a));
  18. if (likely(old == c))
  19. break;
  20. c = old;
  21. }
  22. return c != (u);
  23. }

atomic_add_unless的功能比较特殊。它检查v是否等于u，如果不是则把v的值加上a，返回值表示相加前v是否等于u。因为在atomic_read和atomic_cmpxchg中间可能有其它的写操作，所以要循环检查自己的值是否被写进去。

  1. #define atomic_inc_not_zero(v) atomic_add_unless((v), 1, 0)
  2. #define atomic_inc_return(v)  (atomic_add_return(1, v))
  3. #define atomic_dec_return(v)  (atomic_sub_return(1, v))

atomic_inc_not_zero在v值不是0时加1。

atomic_inc_return对v值加1，并返回相加结果。

atomic_dec_return对v值减1，并返回相减结果。

  1. #define atomic_clear_mask(mask, addr)               \
  2. asm volatile(LOCK_PREFIX "andl %0,%1"           \
  3. : : "r" (~(mask)), "m" (*(addr)) : "memory")

atomic_clear_mask清除变量某些位。

  1. #define atomic_set_mask(mask, addr)             \
  2. asm volatile(LOCK_PREFIX "orl %0,%1"                \
  3. : : "r" (mask), "m" (*(addr)) : "memory")

atomic_set_mask将变量的某些位置位。

  1. /* Atomic operations are already serializing on x86 */
  2. #define smp_mb__before_atomic_dec() barrier()
  3. #define smp_mb__after_atomic_dec()  barrier()
  4. #define smp_mb__before_atomic_inc() barrier()
  5. #define smp_mb__after_atomic_inc()  barrier()

因为x86的atomic操作大多使用原子指令或者带lock前缀的指令。带lock前缀的指令执行前会完成之前的读写操作，对于原子操作来说不会受之前对同一位置的读写操作，所以这里只是用空操作barrier()代替。barrier()的作用相当于告诉编译器这里有一个内存屏障，放弃在寄存器中的暂存值，重新从内存中读入。

本节的atomic_t类型操作是最基础的，为了介绍下面的内容，必须先介绍它。如果可以使用atomic_t类型代替临界区操作，也可以加快不少速度。

Linux内核部件分析 原子性操作atomic_t相关推荐

  1. Linux内核部件分析 设备驱动模型之driver ---mark 详细

    Linux内核部件分析 设备驱动模型之driver 转载:https://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/44627p7.htm 上节我们分析设备驱动模型中的device ...

  2. linux内核部件分析之——设备驱动模型之class

    前面看过了设备驱动模型中的bus.device.driver,这三种都是有迹可循的.其中bus代表实际的总线,device代表实际的设备和接口,而driver则对应存在的驱动.但本节要介绍的class ...

  3. linux内核部件分析(十)——设备驱动模型之class,linux内核部件分析（十）——设备驱动模型之class...

    前面看过了设备驱动模型中的bus.device.driver,这三种都是有迹可循的.其中bus代表实际的总线,device代表实际的设备和接口,而driver则对应存在的驱动.但本节要介绍的class ...

  4. 《Linux内核情景分析》阅读笔记

    <Linux内核情景分析>这本书读过了一遍,不想继续读第二遍了. <Linux Kernel Development>这本书前后读了3遍,写得实在是好,正所谓"布衣暖 ...

  5. kmem 反编译linux内核_24小时学通Linux内核之如何处理输入输出操作

    Linux内核是如何将软硬件结合起来的呢?这里我们将一起探究内核与周围硬件主要是文件IO和硬件设备之间的关系,来解释这个问题.处理器与周围设备的通信依赖于一系列的电路电线,总线就是具有类似功能的电线, ...

  6. linux内核链表分析

    一.常用的链表和内核链表的区别 1.1  常规链表结构        通常链表数据结构至少应包含两个域:数据域和指针域,数据域用于存储数据,指针域用于建立与下一个节点的联系.按照指针域的组织以及各个节 ...

  7. linux内核源代码分析----内核基础设施之klist

    概述 klist是list的线程安全版本,他提供了整个链表的自旋锁,查找链表节点,对链表节点的插入和删除操作都要获得这个自旋锁.klist的节点数据结构是klist_node,klist_node引入 ...

  8. Linux内核源代码分析-目录

    第一部分 Linux 内核源代码 arch/i386/kernel/entry.S 2 arch/i386/kernel/init_task.c 8 arch/i386/kernel/irq.c 8 ...

  9. Linux内核源代码分析——可执行文件header处理（二进制文件读写范例，写DUL工具入门指引）...

    在把Linux内核源代码生成Image之前,需要把执行文件头结构信息剔除出来.这个过程对理解Linux内核具有很大的帮助.同时,由于是对可执行文件进行直接读写操作,想写DUL工具的童鞋可以在这里学习到 ...

  10. Linux内核协议栈分析之——tcp/ip通信并不神秘

    Jack:计算机如何进行通信? 我:我可以告诉你带Linux操作系统的计算机如何进行通信. Jack:带Linux操作系统的计算机?这和不带操作系统的计算机有区别吗? 我:有的. Jack:哦.那你说 ...

最新文章

  1. 年会抽奖程序准备好了吗？没有的话，直接来取！
  2. js将数组元素随机排序的方法
  3. IT项目管理需要注意的细节
  4. 《中国人工智能学会通讯》——8.25 基于演化优化的生物网络配准
  5. C#3.0语言规范new [Unified C# 3.0 Specification Now Available]
  6. Task.Factory.StartNewTResult 和 Task.RunTResult 到底有什么区别？
  7. 鸿蒙系统的适配国产手机,真正的好消息！其它国产机，也在适配华为鸿蒙系统...
  8. [Unity] StartCoroutine 无法启动协程的可能原因：没有使用 AddComponent＜T＞() 初始化 Monobehaviour
  9. windows 默认的 opengl 版本是1.1
  10. linux centos7 利用keepalived 搭建高可用nginx集群
  11. 字符串的编码格式转换
  12. 安装CAD缺少html,未安装.net无法安装cad2007怎么办
  13. 厦门大学计算机系录取分数线贵州,贵州省多少名可以进厦门大学？附厦门大学近三年录取分数线...
  14. 蓝牙 sig base uuid_蓝牙，从系统开机说起
  15. RMAN delete noprompt obsolete参数研究
  16. 两套系统同个服务器,同一服务器运行两套workerman程序有什么需要特别修改的吗...
  17. 使用FormData格式上传图像并预览图片
  18. 进化从不关心已经完成生殖任务的人
  19. 计算机附近组件的安装方法,在计算机上安装组件
  20. random.uniform（）和random.random（）区别

热门文章

  1. C#中的常量、类型推断和作用域
  2. Javaの网络数据传输之Socket
  3. 盗版牢骚？ or 学而不思？
  4. android apk 在线分析,apkanalyzer
  5. 2017-2018-1 JAVA实验站 第四、五周作业
  6. 学习OpenCV——SVM 手写数字检测
  7. espcms简约版的表单，提示页，搜索列表页
  8. Lucene为不同字段指定不同分词器(转)
  9. mysql.sock文件丢失的一个原因
  10. 一个Ext2+SWFUpload做的图片上传对话框收藏