linux内核原子操作学习

简介: linux内核原子操作学习

参考

https://www.kernel.org/doc/html/latest/staging/index.html#atomic-types

说明

  • 下面注释里说的自增和自减表示的是在原子变量旧值的基础上
  • 这里列举的原子操作是以32位为例的,如果是64位,那么把前缀atomic替换成atomic64即可

数据类型

原型 说明
atomic_t 数据位宽是32位
atomic64_t 数据位宽是64位
atomic_long_t 在64位上等于atomic64_t,
在32位系统上等于atomic_t

初始化

#define ATOMIC_INIT(i) { (i) }
#define ATOMIC64_INIT(i)  { (i) }

示例:

atomic_t cnt = ATOMIC_INIT(0);
atomic64_t v = ATOMIC64_INIT(v0);

赋值操作

原型 说明 返回值
void atomic_set(atomic_t *v, int i) i赋值给原子变量v

读操作

原型 说明 返回值
int atomic_read(const atomic_t *v) 原子变量v的数值

linux还提供了带条件的读取方式,即如果条件不满足,就一直读取:

#define atomic_cond_read_acquire(v, c) smp_cond_load_acquire(&(v)->counter, (c))
#define atomic_cond_read_relaxed(v, c) smp_cond_load_relaxed(&(v)->counter, (c))
#define atomic64_cond_read_acquire(v, c) smp_cond_load_acquire(&(v)->counter, (c))
#define atomic64_cond_read_relaxed(v, c) smp_cond_load_relaxed(&(v)->counter, (c))

其中smp_cond_load_acquire或者smp_cond_load_relaxed中有一个死循环操作,如果c表示的condition不成立,那么会在循环中一直读取地址的值,知道条件成立。

#define smp_cond_load_acquire(ptr, cond_expr)       \
({                  \
  typeof(ptr) __PTR = (ptr);          \
  __unqual_scalar_typeof(*ptr) VAL;       \
  for (;;) {              \
    VAL = smp_load_acquire(__PTR);        \
    if (cond_expr)            \
      break;            \
    __cmpwait_relaxed(__PTR, VAL);        \
  }               \
  (typeof(*ptr))VAL;            \
})

加操作

原型 说明 返回值
void atomic_inc(atomic_t *v) 自增1
int atomic_inc_return(atomic_t *v) 自增1 返回新值
int atomic_fetch_inc(atomic_t *v) 自增1 返回旧值
void atomic_add(int i, atomic_t *v) 自增i
int atomic_add_return(int i, atomic_t *v) 自增i 返回新值
int atomic_fetch_add(int i, atomic_t *v) 自增i 返回旧值
bool atomic_inc_and_test(atomic_t *v) 自增1 如果新值为0,返回true;否则返回false
bool atomic_add_negative(int i, atomic_t *v) 自增i 如果新值为负数,返回true;否则返回false
int atomic_fetch_add_unless(atomic_t *v, int a, int u) unless表示if not。如果旧值跟u不等,自增a,返回旧值;
如果旧值等于u,只返回旧值,不会进行自增操作
返回旧值
bool atomic_add_unless(atomic_t *v, int a, int u) 如果旧值跟u不等,自增a,返回true
如果旧值等于u,返回旧值false,不会进行自增操作
表示是否进行了自增
bool atomic_inc_not_zero(atomic_t *v) 如果旧值不等于0,那么自增1,返回true;如果旧值等于0,返回false 表示是否进行了自增
bool atomic_inc_unless_negative(atomic_t *v) 如果旧值不是负数,那么自增1,返回true;如果旧值为负数,返回false 表示是否进行了自增

减操作

原型 说明 返回值
void atomic_dec(atomic_t *v) 自减1
int atomic_dec_return(atomic_t *v) 自减1 返回新值
int atomic_fetch_dec(atomic_t *v)
void atomic_sub(int i, atomic_t *v) 自减i
int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v) 自减i 返回新值
int atomic_fetch_sub(int i, atomic_t *v) 自减i 返回旧值
bool atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v) 自减i 如果新值为0,返回true;否则返回false
bool atomic_dec_and_test(atomic_t *v) 自减1 如果新值为0,返回true;否则返回false
bool atomic_dec_unless_positive(atomic_t *v) 如果旧值不是正数(<=0),那么自减1,返回true;如果旧值是正数(>0),返回false 表示是否进行了自减操作

交换

原型 说明 返回值
int atomic_xchg(atomic_t *v, int i) i赋值给原子变量 返回旧值

比较交换

原型 说明 返回值
int atomic_cmpxchg(atomic_t *v, int old, int new) 如果旧值跟old相等,将new赋值给原子变量,返回旧值;
如果旧值跟old不等,返回new
返回值为整形
bool atomic_try_cmpxchg(atomic_t *v, int *old, int new) 如果旧值跟*old相等,将new赋值给原子变量,返回true
如果旧值跟*old不等,将new赋值给给*old,返回false
返回的是布尔类型,表示原子变量是否成功赋值

此外,在某些场景下需要可能需要同时比较交换两个指针的值,如果操作成功,返回true。内核提供了下面的宏:

#define cmpxchg_double(ptr, ...) \
({ \
  typeof(ptr) __ai_ptr = (ptr); \
  instrument_atomic_write(__ai_ptr, 2 * sizeof(*__ai_ptr)); \
  arch_cmpxchg_double(__ai_ptr, __VA_ARGS__); \
})

示例:

逻辑操作

原型 说明 返回值
void atomic_and(int i, atomic_t *v) 逻辑与
int atomic_fetch_and(int i, atomic_t *v) 逻辑与 返回旧值
void atomic_andnot(int i, atomic_t *v) ~i进行逻辑与
int atomic_fetch_andnot(int i, atomic_t *v) ~i进行逻辑与 返回旧值
void atomic_or(int i, atomic_t *v) 逻辑或
int atomic_fetch_or(int i, atomic_t *v) 逻辑或 返回旧值
void atomic_xor(int i, atomic_t *v) 异或
int atomic_fetch_xor(int i, atomic_t *v) 异或 返回旧值

test_and_xxx_bit

原型 说明 返回值
test_and_set_bit 检查并置1 如果已经置1,那么返回1。如果没有设置,那么进行置1,返回0
test_and_clear_bit 检查并清0 如果已经清0,那么返回0。如果没有清0,那么进行清0,返回1
test_and_change_bit 检查并改变 是1返回1,是0返回0,然后取反
change_bit
set_bit
clear_bit
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