原子操作

概念

• 原子操作：该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断，它的最小的执行单位

实现

• 原子操作需要硬件的支持，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。

用途

• 资源计数：数学的加减。很多引用计数(refcnt)就是通过原子操作实现的
• 位图操作：在内核的很多地方用到位图，例如内存管理中对空闲页的管理，位图还有一个广泛的用途就是简单的加锁，例如提供对打开设备的互斥访问

 定义

• 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。 

 其它事项

• 做原子操作的时候可能要对CPU加锁
• 原子操作是不可分割的，在执行完毕不会被任何其它任务或事件中断。在单处理器系统(UniProcessor)中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是" 原子操作"，因为中断只能发生于指令之间。这也是某些CPU指令系统中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用于临界资源互斥的原因。
• 在对称多处理器(Symmetric Multi-Processor)结构中就不同了，由于系统中有多个处理器在独立地运行，即使能在单条指令中完成的操作也有可能受到干扰。
• 在x86 平台上，CPU提供了在指令执行期间对总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线#HLOCK pin，如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK"，经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把#HLOCK pin的电位拉低，持续到这条指令结束时放开，从而把总线锁住，这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了，保证了这条指令在多处理器环境中的原子性。