linux 原子性操作atomic_t

最新推荐文章于 2025-07-28 20:12:02 发布

原创

最新推荐文章于 2025-07-28 20:12:02 发布 · 5.1k 阅读

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本文详细介绍了在Linux系统中，特别是在x86架构下，如何利用原子性操作atomic_t进行线程间的同步。文章讲解了atomic_t的定义、初始化，以及一系列如atomic_add、atomic_sub等原子操作的实现，这些操作依赖于x86架构中的lock前缀指令确保原子性。同时，文中还提到了如atomic_cmpxchg、atomic_xchg等高级原子操作，并展示了它们在多处理器环境中的应用。

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在任何处理器平台下，都会有一些原子性操作，供操作系统使用，我们这里只讲x86下面的。在单处理器情况下，每条指令的执行都是原子性的，但在多处理器情况下，只有那些单独的读操作或写操作才是原子性的。为了弥补这一缺点，x86提供了附加的lock前缀，使带lock前缀的读修改写指令也能原子性执行。带lock前缀的指令在操作时会锁住总线，使自身的执行即使在多处理器间也是原子性执行的。xchg指令不带lock前缀也是原子性执行，也就是说xchg执行时默认会锁内存总线。原子性操作是线程间同步的基础，linux专门定义了一种只进行原子操作的类型atomic_t，并提供相关的原子读写调用API。本节就来分析这些原子操作在x86下的实现。
typedef struct {
volatile int counter;
} atomic_t;
原子类型其实是int类型，只是禁止寄存器对其暂存。

#define ATOMIC_INIT(i) { (i) }
原子类型的初始化。32位x86平台下atomic API在arch/x86/include/asm/atomic_32.h中实现。

static inline int atomic_read(const atomic_t *v)
{
return v->counter;
}

static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i)
{
v->counter = i;
}
单独的读操作或者写操作，在x86下都是原子性的。

static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
asm volatile(LOCK_PREFIX "addl %1,%0"
: "+m" (v->counter)
: "ir" (i));
}

static inline void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
{
asm volatile(LOCK_PREFIX "subl %1,%0"
: "+m" (v->counter)
: "ir" (i));
}
atomic_add和atomic_sub属于读修改写操作，实现时需要加lock前缀。

static inline int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)
{
unsigned char c;

asm volatile(LOCK_PREFIX "subl %2,%0; sete %1"
: "+m" (v->counter), "=qm" (c)
: "ir" (i) : "memory");
return c;
}
atomic_sub_and_test执行完减操作后检查结果是否为0。

static inline void atomic_inc(atomic_t *v)
{
asm volatile(LOCK_PREFIX "incl %0"
: "+m" (v->counter));
}

static inline void atomic_dec(atomic_t *v)
{
asm volatile(LOCK_PREFIX "decl %0"
: "+m" (v->counter));
}
atomic_inc和atomic_dec是递增递减操作。

static inline int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)
{
unsigned char