linux内核中clear_bit用法,Linux 内核里的数据结构——位数组位数组声明体系结构特定的位操作通用位操作链接...

Linux 内核中的位数组和位操作

除了不同的基于链式和树的数据结构以外，Linux 内核也为位数组(或称为位图(bitmap))提供了 API。位数组在 Linux 内核里被广泛使用，并且在以下的源代码文件中包含了与这样的结构搭配使用的通用 API：

除了这两个文件之外，还有体系结构特定的头文件，它们为特定的体系结构提供优化的位操作。我们将探讨 x86_64 体系结构，因此在我们的例子里，它会是

头文件。正如我上面所写的，位图在 Linux 内核中被广泛地使用。例如，位数组常常用于保存一组在线/离线处理器，以便系统支持热插拔的 CPU(你可以在 cpumasks 部分阅读更多相关知识 )，一个位数组(bit array)可以在 Linux 内核初始化等期间保存一组已分配的中断处理。

因此，本部分的主要目的是了解位数组(bit array)是如何在 Linux 内核中实现的。让我们现在开始吧。

位数组声明

在我们开始查看位图操作的 API 之前，我们必须知道如何在 Linux 内核中声明它。有两种声明位数组的通用方法。第一种简单的声明一个位数组的方法是，定义一个 unsigned long 的数组，例如：

unsigned long my_bitmap[8]

第二种方法，是使用 DECLARE_BITMAP 宏，它定义于 include/linux/types.h 头文件：

#define DECLARE_BITMAP(name,bits) \    unsigned long name[BITS_TO_LONGS(bits)]

我们可以看到 DECLARE_BITMAP 宏使用两个参数：name - 位图名称;

bits - 位图中位数;

并且只是使用 BITS_TO_LONGS(bits) 元素展开 unsigned long 数组的定义。 BITS_TO_LONGS 宏将一个给定的位数转换为 long 的个数，换言之，就是计算 bits 中有多少个 8 字节元素：

#define BITS_PER_BYTE           8

#define DIV_ROUND_UP(n,d) (((n) + (d) - 1) / (d))

#define BITS_TO_LONGS(nr)       DIV_ROUND_UP(nr, BITS_PER_BYTE * sizeof(long))

因此，例如 DECLARE_BITMAP(my_bitmap, 64) 将产生：(((64) + (64) - 1) / (64)) 1

与：

unsigned long my_bitmap[1];

在能够声明一个位数组之后，我们便可以使用它了。

体系结构特定的位操作

我们已经看了上面提及的一对源文件和头文件，它们提供了位数组操作的 API。其中重要且广泛使用的位数组 API 是体系结构特定的且位于已提及的头文件中 arch/x86/include/asm/bitops.h。

首先让我们查看两个最重要的函数：set_bit;

clear_bit.

我认为没有必要解释这些函数的作用。从它们的名字来看，这已经很清楚了。让我们直接查看它们的实现。如果你浏览 arch/x86/include/asm/bitops.h 头文件，你将会注意到这些函数中的每一个都有原子性和非原子性两种变体。在我们开始深入这些函数的实现之前，首先，我们必须了解一些有关原子(atomic)操作的知识。

简而言之，原子操作保证两个或以上的操作不会并发地执行同一数据。x86 体系结构提供了一系列原子指令，例如， xchg、cmpxchg 等指令。除了原子指令，一些非原子指令可以在 lock 指令的帮助下具有原子性。现在你已经对原子操作有了足够的了解，我们可以接着探讨 set_bit 和 clear_bit 函数的实现。

我们先考虑函数的非原子性(non-atomic)变体。非原子性的 set_bit 和 clear_bit 的名字以双下划线开始。正如我们所知道的，所有这些函数都定义于 arch/x86/include/asm/bitops.h 头文件，并且第一个函数就是 __set_bit:

static inline void __set_bit(long nr, volatile unsigned long *addr) {    asm volatile("bts %1,%0" : ADDR : "Ir" (nr) : "memory"); }

正如我们所看到的，它使用了两个参数：nr - 位数组中的位号(LCTT 译注：从 0开始)

addr - 我们需要置位的位数组地址

注意，addr 参数使用 volatile 关键字定义，以告诉编译器给定地址指向的变量可能会被修改。 __set_bit 的实现相当简单。正如我们所看到的，它仅包含一行