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)	将i赋值给原子变量v	无

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	无
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	无
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	无
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	无
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)	将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	无
int atomic_fetch_and(int i, atomic_t *v)	逻辑与	返回旧值
void atomic_andnot(int i, atomic_t *v)	跟~i进行逻辑与	无
int atomic_fetch_andnot(int i, atomic_t *v)	跟~i进行逻辑与	返回旧值
void atomic_or(int i, atomic_t *v)	逻辑或	无
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	无
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