linux-原子操作

何为原子操作？以前认为原子是组成物质的最小单位，是不可分割的。因此就利用原子这个词，表示某个操作也是原子的，不可分割的，不能被打断，这就是原子操作。原子操作又分为整型原子操作和位原子操作。如果我们想使用原子操作，linux的内核都给我们做好了，我们只需要搞定原理然后去用就好了。linux 的原子操作都依赖底层的CPU的原子操作来实现，所以和CPU架构密切相关。原子操作在不同体系架构实现的方法不同，基本采用汇编实现，我们一般所说的操作都是针对32位的ARM的。
整型原子操作接口

1，设置原子的值
void atomic_set(atomic_t *v,int i);    //设置原子变量v的值为i
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);           //定义原子变量v,并初始化为0;
2 获取原子变量的值
/*原子的读取atomic_t变量的值，v是这个变量的地址\返回原子变量v的值;
*/
atomic_read(atomic_t* v);       3 原子变量的加、减
void atomic_add(int i, atomic_t* v);   //原子变量v增加i;
void atomic_sub(int i, atomic_t* v);   //原子变量v减少i;4 原子变量的自增和自减
void atomic_inc(atomic_t* v);          //原子变量增加1;
void atomic_dec(atomic_t* v);          //原子变量减少1;5 操作并检测
//先自增1,然后测试其值是否为0,若为0,则返回true,否则返回false;
int atomic_inc_and_test(atomic_t* v);
int atomic_dec_and_test(atomic_t* v);
//先减i,然后测试其值是否为0,若为0,则返回true,否则返回false;
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t* v);
注意：只有自加，没有加操作6 操作并返回
//v的值加i后返回新的值;
int atomic_add_return(int i, atomic_t* v);
int atomic_sub_return(int i, atomic_t* v);
//v的值自增1后返回新的值;
int atomic_inc_return(atomic_t* v);
int atomic_dec_return(atomic_t* v);

位原子操作接口

1 设置位
void set_bit(int nr, volatile void* addr);        //设置地址addr的第nr位,所谓设置位,就是把位写为1;2 清除位
void clear_bit(int nr, volatile void* addr);      //清除地址addr的第nr位,所谓清除位,就是把位写为0;3 改变位
void change_bit(int nr, volatile void* addr);     //把地址addr的第nr位反转;4 测试位
int test_bit(int nr, volatile void* addr);    //返回地址addr的第nr位;5 测试并操作位
int test_and_set_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并设置位;若addr的第nr位非0,则返回true; 若addr的第nr位为0,则返回false;
int test_and_clear_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并清除位;
int test_and_change_bit(int nr, volatile void* addr);    //测试并反转位;
上述操作等同于先执行test_bit(nr,voidaddr)然后在执行xxx_bit(nr,voidaddr)

原子操作多用于多线程的竟态，使设备只能被一个进程打开。

 //定义原子变量并初始化为1
static atomic_t atomic_available = ATOMIC_INIT(1);     int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)  {  /*如果没有进程在使用该驱动 ，原子变量值 为 1 ，将原子变量减 一 为 0 ，函数返回 true ，再 ！true 为 假 ，if里面的代码不执行，继续执行下下面的程序。*/if(!atomic_dec_and_test(&atomic_available)) {  /* 如果再有进程来打开驱动程序，0-1 = 负1，返回 false ，if 条件成立，运行里面的代码，将原子变量加一恢复到0，程序返回*/printk(KERN_ERR "already open!\n");  atomic_inc(&atomic_available);  return -EBUSY;  //already open   }  printk(KERN_INFO "led open!\n");  filp->private_data = atomic_available;   return 0;  }  int led_release(struct inode *inode ,struct file *filp)  {  printk(KERN_INFO "led release!\n");  /*推出时恢复为1 */atomic_inc(&atomic_available);  return 0;  }

我们可以写个程序进行测试

int main()
{  int fd;  fd = open("/dev/leds",O_RDWR);  if(fd == -1) {  printf("open error!!\n");  return -1;  }  sleep(10);  printf("close fd!\n");  close(fd);  return 0;
}

我们先打开led设备，然后延时10s之后再关闭。我们可以刚打开10s之内，使用cat /dev/leds ，发现还是可以打开的。如果使用了原子操作我们在去测试，发现打印出设备正在忙，证明我们的原子操作起作用了。

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