atomic_cmpxchg()/Atomic_read()/Atomic_set()/Atomic_add()/Atomic_sub()/atomi

[

1.atomic_read与atomic_set函数是原子变量的操作,就是原子读和原子设置的作用.
2.原子操作,就是执行操作的时候,其数值不会被其它线程或者中断所影响
3.原子操作是linux内核中一种同步的方式

]

所谓原子操作,就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断,也就说,它的最小的执行单位,不可能有比它更小的执行单位。因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。

原子操作需要硬件的支持,因此是架构相关的,其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的include/asm/atomic.h文件中,它们都使用汇编语言实现,因为C语言并不能实现这样的操作。

原子操作主要用于实现资源计数,很多引用计数(refcnt)就是通过原子操作实现的。原子类型定义如下:

typedef struct 

     volatile int counter; 

atomic_t;

volatile修饰字段告诉gcc不要对该类型的数据做优化处理,对它的访问都是对内存的访问,而不是对寄存器的访问。

Linux中的基本原子操作

宏或者函数

说明

Atomic_read

返回原子变量的值

Atomic_set

设置原子变量的值。

Atomic_add

原子的递增计数的值。

Atomic_sub

原子的递减计数的值。

atomic_cmpxchg

原子比较并交换计数值。

atomic_clear_mask

原子的清除掩码。

 

除此以外,还有一组操作64位原子变量的变体,以及一些位操作宏及函数。这里不再罗列。

/**

 * 返回原子变量的值。

 * 这里强制将counter转换为volatile int并取其值。目的就是为了避免编译优化。

 */

#define atomic_read(v)   (*(volatile int *)&(v)->counter)

/**

 * 设置原子变量的值。

 */

#define atomic_set(v,i)    (((v)->counter) = (i))

原子递增的实现比较精妙,理解它的关键是需要明白ldrex、strex这一对指令的含义。

/**

 * 原子的递增计数的值。

 */

static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)

{

         unsigned long tmp;

         int result;

         /**

          * __volatile__是为了防止编译器乱序。与"#define atomic_read(v)          (*(volatile int *)&(v)->counter)"中的volatile类似。

          */

         __asm__ __volatile__("@ atomic_add "

         /**

          * ldrex是arm为了支持多核引入的新指令,表示"排它性"加载。与mips的ll指令一样的效果。

          * 它与"排它性"存储配对使用。

          */

"1:    ldrex         %0, [%3] "

         /**

          * 原子变量的值已经加载到寄存器中,这里对寄存器中的值减去指定的值。

          */

"       add  %0, %0, %4 "

         /**

          * strex是"排它性"的存储寄存器的值到内存中。类似于mips的sc指令。

          */

"       strex         %1, %0, [%3] "

         /**

          * 关键代码是这里的判断。如果在ldrex和strex之间,其他核没有对原子变量变量进行加载存储操作,

          * 那么寄存器中值就是0,否则非0.

          */

"       teq   %1, #0 "

         /**

          * 如果其他核与本核冲突,那么寄存器值为非0,这里跳转到标号1处,重新加载内存的值并递增其值。

          */

"       bne  1b"

         : "=&r" (result), "=&r" (tmp), "+Qo" (v->counter)

         : "r" (&v->counter), "Ir" (i)

         : "cc");

}

atomic_add_return递增原子变量的值,并返回它的新值。它与atomic_add的最大不同,在于在原子递增前后各增加了一句:smp_mb();

这是由linux原子操作函数的语义规定的:所有对原子变量的操作,如果需要向调用者返回结果,那么就需要增加多核内存屏障的语义。通俗的说,就是其他核看到本核对原子变量的操作结果时,本核在原子变量前的操作对其他核也是可见的。

理解了atomic_add,其他原子变量的实现也就容易理解了。这里不再详述。

atomic_cmpxchg()函数实现了一个比较+交换的原子操作(原子就是说cpu要不就不
做,要做就一定要做完某些操作才能干别的事情,对应这里就是比较和交换要一次过做完).
atomic_cmpxchg()比较kgdb_active->count的值是否等用-1,如果是则把cpu的值赋
给kgdb_active->count,否则不修改它的值,atomic_cmpxchg返回
kgdb_active->count赋值前的值.

kgdb_active是一个全局原子变量,定义在kernel/kgdb.c中,用来记录当前正在执行
kgdb代码的cpu号,它起到一个锁的作用,因为同一时间只能有一个cpu执行kgdb的代
码,这是可以想象得到的,如果两个cpu在两个不同断点被触发,那究竟是谁和远端gdb通
信呢?前一条命令被 cpu1拿了,后一条却去了cpu2那里,那还得了。

kgdb_active的初始值为-1,-1表示当前kgdb的处理函数并没有被触发,相反如果
kgdb已经在运行,那么kgdb_active就有它自己的值,这些处理都是针对多cpu的,如
果只有一个cpu,这个世界就简单多了。这里是防止多个kgdb的实例在不同cpu被触发
引起互相干扰。考虑这种情况,在cpu1上有一个断点让kgdb起来,这时,kgdb_active
还是-1,cpu1很顺利就给kgdb_active赋值然后进入后面的操作.这时cpu2中kgdb也被触发.
它也想进入后面的操作,但是这时候kgdb_active已经不再是-1,cpu2只能不断地比较
kgdb_active的值和执行cpu_relax(),宏cpu_relax()可以简化为一条pause汇编,通过引
入一个很短的延迟,加快了紧跟在锁后面的代码的执行并减少能源的消耗,实际上就是
让cpu2等。当cpu1在退出kgdb_handle_exception()前会把 kgdb_active赋回-1, 这样
cpu2就可以进行后面的操作了。kgdb使用大量的原子操作来完成锁的功能,后面还会

看到. atomic操作加上cpu_relax()跟一个自旋锁很相似。

http://oss.org.cn/kernel-book/%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E5%87%BD%E6%95%B0.htm

1.   驱动程序的基本函数

类别

函数名

功能

函数形成

参数

描述

驱动程序入口和出口点

module_init

驱动程序初始化入口点

module_init ( x)

x为启动时或插入模块时要运行的函数

如果在启动时就确认把这个驱动程序 插入内核或以静态形成链接,则module_init 将其初始化例程加入到"__initcall.int"代码段,否则将用init_module封装其初始化例程,以便该驱动程序作为模块来使用。

module_exit

驱动程序退出出口点

module_exit ( x)

x为驱动程序被卸载时要运行的函数

当驱动程序是一个模块,用rmmod卸载一个模块时module_exit()将用cleanup_module()封装clean-up代码。如果驱动程序是静态地链接进内核,则module_exit()函数不起任何作用。

原子和指针操作

atomic_read

读取原子变量

atomic_read ( v)

v为指向atomic_t类型的指针

原子地读取v的值。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_set

设置原子变量

atomic_set ( v, i)

v为指向atomic_t类型的指针,i为待设置的值

原子地把v的值设置为i。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_add

把整数增加到原子变量

void atomic_add (int i, atomic_t * v)

i为要增加的值,v为指向atomic_t类型的指针。

原子地把i 增加到v。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_sub

减原子变量的值

void atomic_sub (int i, atomic_t * v)

i为要减取的值,v为指向atomic_t类型的指针。

原子地从v减取i。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_sub_and_test

从变量中减去值,并测试结果

int atomic_sub_and_test (int i, atomic_t * v)

i为要减取的值,v为指向atomic_t类型的指针。

原子地从v减取i的值,如果结果为0,则返回真,其他所有情况都返回假。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_inc

增加原子变量的值

void atomic_inc (atomic_t * v)

v为指向atomic_t类型的指针。

原子地从v减取1。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_dec

减取原子变量的值

void atomic_dec (atomic_t * v)

v为指向atomic_t类型的指针。

原子地给v增加1。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_dec_and_test

减少和测试

int atomic_dec_and_test (atomic_t * v)

 v为指向atomic_t类型的指针。

原子地给v减取1,如果结果为0,则返回真,其他所有情况都返回假。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_inc_and_test

增加和测试

int atomic_ inc _and_test (atomic_t * v)

 v为指向atomic_t类型的指针。

原子地给v增加1,如果结果为0,则返回真,其他所有情况都返回假。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

atomic_add_negative

如果结果为负数,增加并测试

int atomic_add_negative (int i, atomic_t * v)

i为要减取的值,v为指向atomic_t类型的指针。

原子地给v增加i,如果结果为负数,则返回真,如果结果大于等于0,则返回假。注意要保证atomic的有用范围只有24位。

et_unaligned

从非对齐位置获取值

get_unaligned ( ptr)

ptr指向获取的值

这个宏应该用来访问大于单个字节的值,该值所处的位置不在按字节对齐的位置,例如从非u16对齐的位置检索一个u16的值。注意,在某些体系结构中,非对齐访问要化费较高的代价。

put_unaligned

把值放在一个非对齐位置

put_unaligned ( val, ptr)

val为要放置的值,ptr指向要放置的位置

这个宏用来把大于单个字节的值放置在不按字节对齐的位置,例如把一个u16值写到一个非u16对齐的位置。注意事项同上。

延时、调度及定时器例程

schedule_timeout

睡眠到定时时间到

signed long schedule_timeout (signed long timeout)

timeout为以jiffies为单位的到期时间

使当前进程睡眠,直到所设定的时间到期。如果当前进程的状态没有进行专门的设置,则睡眠时间一到该例程就立即返回。如果当前进程的状态设置为:

 TASK_UNINTERRUPTIBLE:则睡眠到期该例程返回0

‚ TASK_INTERRUPTIBLE:如果当前进程接收到一个信号,则该例程就返回,返回值取决于剩余到期时间。

  当该例程返回时,要确保当前进程处于TASK_RUNNING状态。

原文地址:https://www.cnblogs.com/Ph-one/p/5622817.html