内核同步之原子操作

原子操作

所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何上下文切换。

内核提供了两类原子操作接口：整数原子操作，位原子操作。

原子整数操作

原子整数分为32位原子整数和64位原子整数，类型分别为atomic_t和atomic64_t，使用自定义类型的原因：

1）
让原子函数只接受atomic_t类型的操作数可以确保原子操作只与这种特殊类型的数据一起使用。同时这也保证了该类型的数据不会被传递给其他任何非原子函数。

2）
使用atomic_t类型确保编译器不对相应的值进行访问优化——这点使得原子操作最终接收到正确的内存地址，而不只是一个别名。

3）
在不同体系结构上实现原子操作的时候，使用atomic_t可以屏蔽期间的差异。

表格 1 32位原子整数函数

原子整数操作	描述
ATOMIC_INIT(int i)	在声明一个atomic_t变量时，将它初始化为i
int atomic_read(atomic_t *v)	原子地读取整数变量v
void atomic_set(atomic_t *v, int i)	原子地设置v值为i
void atomic_add(int i, atomic_t *v)	原子地给v加i
void atomic_sub(int i, atomic_t *v)	原子地从v减i
void atomic_inc(atomic_t *v)	原子地给v加1
void atomic_dec(atomic_t *v)	原子地给v减1
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)	原子地从v减i，若结果等于0返回真，否则返回假
int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)	原子地从v加i，若结果是负数返回真，否则返回假
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)	原子地从v减1，若结果等于0返回真，否则返回假
int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)	原子地从v加1，若结果等于0返回真，否则返回假

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原子位操作

内核提供了针对位这一级数据进行操作的函数，他们定义在<asm/bitop.h>中。位操作函数是对普通的内存地址进行操作的，它的参数是一个指针和一个位号。标准原子位操作见下表：

表格 3 原子位操作

原子位操作	描述
void set_bit(int nr, void *addr)	原子地设置addr所指对象的第nr位
void clear_bit(int nr, void *addr)	原子地清空addr所指对象的第nr位
void change_bit(int nr, void *addr)	原子地翻转addr所指对象的第nr位
int test_and_set_bit(int nr, void *addr)	原子地设置addr所指对象的第nr位，并返回原先的值
int test_and_clear_bit(int nr, void *addr)	原子地清空addr所指对象的第nr位，并返回原先的值
int test_and_change_bit(int nr, void *addr)	原子地翻转addr所指对象的第nr位，并返回原先的值
int test_bit(int nr, void *addr)	原子地返回addr所指对象的第nr位