Linux 设备驱动 ====> 并发控制 --- 原子操作

原子操作

原子的操作指的就是在执行过程中不会被别的代码所中断的操作。

在Linux中原子操作的方法有很多，有整型原子和位原子，他们在任何情况下操作都是原子的，这些原子操作的实现都是依赖CPU来实现的，因此这些函数都与CPU架构密切相关。

整型原子

我们arm架构的原子实现在kernel/arch/arm/include/asm/atomic.h

1. 设置源自变量的值

[cpp] view plain copy print ?

1. static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i);            //设置原子的值  
2. atomic_t = ATOMIC_INIT(0);                                    //定义原子变量并且初始化为0  

static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i);            //设置原子的值
atomic_t = ATOMIC_INIT(0);                                    //定义原子变量并且初始化为0

2. 获取原子变量的值

[cpp] view plain copy print ?

1. #define atomic_read(v)  ((v)->counter)                         //返回原子变量的值  

#define atomic_read(v)	((v)->counter)                         //返回原子变量的值

3. 原子变量加减，自增自减

[cpp] view plain copy print ?

1. #define atomic_add(i, v)    (void) atomic_add_return(i, v)  
2. #define atomic_inc(v)       (void) atomic_add_return(1, v)  
3. #define atomic_sub(i, v)    (void) atomic_sub_return(i, v)  
4. #define atomic_dec(v)       (void) atomic_sub_return(1, v)  

#define atomic_add(i, v)	(void) atomic_add_return(i, v)
#define atomic_inc(v)		(void) atomic_add_return(1, v)
#define atomic_sub(i, v)	(void) atomic_sub_return(i, v)
#define atomic_dec(v)		(void) atomic_sub_return(1, v)

4. 操作并测试

[cpp] view plain copy print ?

1. int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);  
2. int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);  
3. int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);  

int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);

上述操作对原子变量执行自增、自减和减操作后测试其是否为0,为-则返回true，否则返回false。

5. 操作并返回

[cpp] view plain copy print ?

1. int atomic_add_return(int i,atomic_t *v);  
2. <pre name="code" class="cpp">int atomic_sub_return(int i,atomic_t *v);</pre><pre name="code" class="cpp">int atomic_inc_return(atomic_t *v);</pre><pre name="code" class="cpp">int atomic_dec_return(atomic_t *v);</pre><p></p>  
3. <pre></pre>  
4. <br>  
5. 返回新值。  
6. <p></p>  
7. <p><strong><span style="font-size:16px">位原子操作与整型雷同</span></strong></p>  
8. <p><strong><span style="font-size:16px"><br>  
9. </span></strong></p>  
10. <p><span style="font-size:16px"><strong>举个例子---使用原子变量实现设备只能被一个进程打开。</strong></span></p>  
11. <p>我们写一个小小的应用程序，打开之前我们的字符设备，然后sleep 10秒钟，然后再close，</p>  
12. <p></p><pre name="code" class="cpp">#include <stdio.h>  
13. #include <fcntl.h>  
14. #include <unistd.h>  
15.   
16. int main()  
17. {  
18.     int fd;  
19.     fd = open("/dev/globalmem",O_RDWR);  
20.     if(fd == -1) {  
21.         printf("open error!!\n");  
22.         return -1;  
23.     }  
24.     sleep(10);  
25.     printf("close fd!\n");  
26.     close(fd);  
27.     return 0;  
28. }</pre><br>  
29. 我们在这sleep的10秒内去cat /dev/globalmem<p></p>  
30. <p></p><pre name="code" class="plain">root@jay-LJ:/dev# cat globalmem   
31. Hello globalmem driver  
32. </pre><br>  
33. 还是可以cat出来的，如果有好多个进程都要读写我们的globalmem的话就会产生竞态，会导致读出来的数据有问题，所以这里我们让我们的驱动在同一时间只能由一个进程来访问。<p></p>  
34. <p>修改驱动代码如下</p>  
35. <p></p><pre name="code" class="cpp">static atomic_t globalmem_available = ATOMIC_INIT(1);   //define atomic valiable  
36.   
37. int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)  
38. {  
39.     if(!atomic_dec_and_test(&globalmem_available)) {  
40.         printk(KERN_ERR "already open!\n");  
41.         atomic_inc(&globalmem_available);  
42.         return -EBUSY;  //already open  
43.     }  
44.     printk(KERN_INFO "globalmem open!\n");  
45.     filp->private_data = globalmem_devp;   
46.     return 0;  
47. }  
48.   
49. int globalmem_release(struct inode *inode ,struct file *filp)  
50. {  
51.     printk(KERN_INFO "globalmem release!\n");  
52.     atomic_inc(&globalmem_available);  
53.     return 0;  
54. }</pre><br>  
55. 很简单，使用我们的atomic_dec_and_test来进行原子的测试并返回，然后检测返回值来查看该设备是否已经被打开，最后在close的时候再自加1.<p></p>  
56. <p>我们重新编译驱动，然后加载，并跟之前一样来测试，发现在打开之后还没关闭的时候，我们去cat会发生错误，提示设备忙。</p>  
57. <p></p><pre name="code" class="plain">root@jay-LJ:/dev# cat globalmem   
58. cat: globalmem: Device or resource busy  
59. root@jay-LJ:/dev#   
60. </pre><p></p>  
61. <p><br>  
62. </p>  
63. 原子的操作介绍到这里，结束。<br>  
64. =================================================================  
65. <p></p>  
66. <p style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; text-align:left">  
67. mail & MSN ：[e-mail]</p>  
68. <p style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px; text-align:left">  
69. =========================================================</p>  
70. <br>  
71.      

int atomic_add_return(int i,atomic_t *v);

[cpp] view plain copy print ?

1. int atomic_sub_return(int i,atomic_t *v);  

int atomic_sub_return(int i,atomic_t *v);

[cpp] view plain copy print ?

1. int atomic_inc_return(atomic_t *v);  

int atomic_inc_return(atomic_t *v);

[cpp] view plain copy print ?

1. int atomic_dec_return(atomic_t *v);  

int atomic_dec_return(atomic_t *v);

返回新值。

位原子操作与整型雷同

举个例子---使用原子变量实现设备只能被一个进程打开。

我们写一个小小的应用程序，打开之前我们的字符设备，然后sleep 10秒钟，然后再close，

[cpp] view plain copy print ?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <fcntl.h>  
3. #include <unistd.h>  
4.   
5. int main()  
6. {  
7.     int fd;  
8.     fd = open("/dev/globalmem",O_RDWR);  
9.     if(fd == -1) {  
10.         printf("open error!!\n");  
11.         return -1;  
12.     }  
13.     sleep(10);  
14.     printf("close fd!\n");  
15.     close(fd);  
16.     return 0;  
17. }  

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	int fd;
	fd = open("/dev/globalmem",O_RDWR);
	if(fd == -1) {
		printf("open error!!\n");
		return -1;
	}
	sleep(10);
	printf("close fd!\n");
	close(fd);
	return 0;
}

我们在这sleep的10秒内去cat /dev/globalmem

[plain] view plain copy print ?

1. root@jay-LJ:/dev# cat globalmem   
2. Hello globalmem driver  

root@jay-LJ:/dev# cat globalmem 
Hello globalmem driver

还是可以cat出来的，如果有好多个进程都要读写我们的globalmem的话就会产生竞态，会导致读出来的数据有问题，所以这里我们让我们的驱动在同一时间只能由一个进程来访问。

修改驱动代码如下

[cpp] view plain copy print ?

1. static atomic_t globalmem_available = ATOMIC_INIT(1);   //define atomic valiable  
2.   
3. int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)  
4. {  
5.     if(!atomic_dec_and_test(&globalmem_available)) {  
6.         printk(KERN_ERR "already open!\n");  
7.         atomic_inc(&globalmem_available);  
8.         return -EBUSY;  //already open  
9.     }  
10.     printk(KERN_INFO "globalmem open!\n");  
11.     filp->private_data = globalmem_devp;   
12.     return 0;  
13. }  
14.   
15. int globalmem_release(struct inode *inode ,struct file *filp)  
16. {  
17.     printk(KERN_INFO "globalmem release!\n");  
18.     atomic_inc(&globalmem_available);  
19.     return 0;  
20. }  

static atomic_t globalmem_available = ATOMIC_INIT(1);	//define atomic valiable

int globalmem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	if(!atomic_dec_and_test(&globalmem_available)) {
		printk(KERN_ERR "already open!\n");
		atomic_inc(&globalmem_available);
		return -EBUSY;	//already open
	}
	printk(KERN_INFO "globalmem open!\n");
	filp->private_data = globalmem_devp;	
	return 0;
}

int globalmem_release(struct inode *inode ,struct file *filp)
{
	printk(KERN_INFO "globalmem release!\n");
	atomic_inc(&globalmem_available);
	return 0;
}

很简单，使用我们的atomic_dec_and_test来进行原子的测试并返回，然后检测返回值来查看该设备是否已经被打开，最后在close的时候再自加1.

我们重新编译驱动，然后加载，并跟之前一样来测试，发现在打开之后还没关闭的时候，我们去cat会发生错误，提示设备忙。

[plain] view plain copy print ?

1. root@jay-LJ:/dev# cat globalmem   
2. cat: globalmem: Device or resource busy  
3. root@jay-LJ:/dev#   

root@jay-LJ:/dev# cat globalmem 
cat: globalmem: Device or resource busy
root@jay-LJ:/dev# 

原子的操作介绍到这里，结束。
=================================================================

mail & MSN ：[e-mail]

=========================================================