linux并发控制之原子操作

原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。
分为两类：整型原子操作 和 位原子操作。
特点：
1.任何情况下操作都是原子的。
2.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。

注意：
1.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
2.上述的整数原子函数集仅针对32位，内核中关于64位有另一套函数
3.对于SMP系统，内核还提供了local_t数据类型，实现对单个CPU的整数原子操作，接口函数仅将atomic_替换成local_即可，定义于linux/asm-generic/local.h

一.整型原子操作
定义于#include<asm/atomic.h>
分为 定义，获取，加减，测试，返回。

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;

atomic_read(atomic_t* v); //返回原子变量v的值;

void atomic_add(int i, atomic_t* v); //原子变量v增加i;
void atomic_sub(int i, atomic_t* v);

void atomic_inc(atomic_t* v); //原子变量增加1;
void atomic_dec(atomic_t* v);

int atomic_inc_and_test(atomic_t* v); //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_dec_and_test(atomic_t* v);
int atomic_sub_and_test(int i, 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;
注意：只有自加，没有加操作

int atomic_add_return(int i, atomic_t* v); //v的值加i后返回新的值;
int atomic_sub_return(int i, atomic_t* v);
int atomic_inc_return(atomic_t* v); //v的值自增1后返回新的值;
int atomic_dec_return(atomic_t* v);

二.位原子操作
定义于#include<asm/bitops.h>
分为 设置，清除，改变，测试

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;
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;

void change_bit(int nr, volatile void* addr); //把地址addr的第nr位反转;

int test_bit(int nr, volatile void* addr); //返回地址addr的第nr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)

举个简单例子：
为了实现设备只能被一个进程打开，从而避免竞态的出现

static atomic_t scull_available = ATOMIC_INIT(1); //init atomic

在scull_open 函数和scull_close函数中：

int scull_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct scull_dev *dev; // device information

dev = container_of(inode->i_cdev, struct scull_dev, cdev);
filp->private_data = dev; // for other methods
if(!atomic_dec_and_test(&scull_available)){
atomic_inc(&scull_available);
return -EBUSY;
}
return 0; // success
}

int scull_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
atomic_inc(&scull_available);
return 0;
}

同样也可以用位原子操作实现