Linux 設備驅動 ====> 並發控制 --- 原子操作

原子操作

原子的操作指的就是在執行過程中不會被別的代碼所中斷的操作。

在Linux中原子操作的方法有很多，有整型原子和位原子，他們在任何情況下操作都是原子的，這些原子操作的實現都是依賴CPU來實現的，因此這些函數都與CPU架構密切相關。

整型原子

我們arm架構的原子實現在kernel/arch/arm/include/asm/atomic.h

1. 設置源自變量的值

1. static inline void atomic_set(atomic_t *v, int i); //設置原子的值
2. atomic_t = ATOMIC_INIT(0); //定義原子變量並且初始化為0

2. 獲取原子變量的值

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

3. 原子變量加減，自增自減

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)

4. 操作並測試

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);

上述操作對原子變量執行自增、自減和減操作後測試其是否為0,為-則返回true，否則返回false。

5. 操作並返回

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

1. int atomic_inc_return(atomic_t *v);

1. int atomic_dec_return(atomic_t *v);

返回新值。

位原子操作與整型雷同

舉個例子---使用原子變量實現設備只能被一個進程打開。

我們寫一個小小的應用程序，打開之前我們的字符設備，然後sleep 10秒鐘，然後再close，

1. #include <stdio.h>
2. #include <fcntl.h>
3. #include <unistd.h>
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. }

我們在這sleep的10秒內去cat /dev/globalmem

1. [email protected]:/dev# cat globalmem
2. Hello globalmem driver

還是可以cat出來的，如果有好多個進程都要讀寫我們的globalmem的話就會產生競態，會導致讀出來的數據有問題，所以這裡我們讓我們的驅動在同一時間只能由一個進程來訪問。

修改驅動代碼如下

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

很簡單，使用我們的atomic_dec_and_test來進行原子的測試並返回，然後檢測返回值來查看該設備是否已經被打開，最後在close的時候再自加1.

我們重新編譯驅動，然後加載，並跟之前一樣來測試，發現在打開之後還沒關閉的時候，我們去cat會發生錯誤，提示設備忙。

1. [email protected]:/dev# cat globalmem
2. cat: globalmem: Device or resource busy
3. [email protected]:/dev#

原子的操作介紹到這裡，結束。