linux中原子操作实现方式

原子操作提供了指令原子执行，中间没有中断。就像原子被认为是不可分割颗粒一样，原子操作（atomic operation）是不可分割的操作。

如下面简单的例子：

Thread 1                  Thread 2
---------------------------------------------
get i (7)                　get i (7)

increment i (7->8)

---                    　　increment i (7->8)

write back i (8)          ----

---                          write back i (8)

如果有原子操作的话，那么这种竞争就不会发生，也不可能发生，结果只能是下面的一种：

Thread 1                    　　　　　　　　Thread 2
--------------------------------------------------------
get, increment, and store i(7->8)        ---

---                        　　　　　　　　　get, increment, and store i(8->9)

或者

Thread 1                    　　　　　　　　Thread 2
--------------------------------------------------------
---                        　　　　　　　　　　get, increment, and store i(7->8)        
get, increment, and store i(8->9)          ---

在linux下，原子整数操作方法是一个特殊的类型，atomic_t，原型定义如下：

typedef struct{

　　　　volatile int counter；

} atomic_t;

对于声明为volatile的好处，可以参考【百度百科-volatile】：http://baike.baidu.com/view/608706.htm?fr=aladdin

定义一种这样的类型有两种好处：1、让那些原子操作函数只接受atomic_t的数据类型作为参数，同样的也确保了这种数据类型不会传到其他的非原子操作函数；2、通过使用atomic_t这种数据类型是gcc编译器不会对这种类型的值的存取进行优化，因为对于原子操作收到正确的内存地址是非常重要的，确保不是别名。

在linux内核源码中对于原子操作的数据类型和方法描述文件为arch/x86/include/asm/atomic.h（注：这是对于内核为2.6.39以及处理器为x86的，其他的可能在不同的目录下）。一些体系结构提供了独特的原子操作方法。

下面介绍几种原子操作方法：

/**
 * atomic_add - add integer to atomic variable
 * @i: integer value to add
 * @v: pointer of type atomic_t
 *
 * Atomically adds @i to @v.
 */
static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
    asm volatile(LOCK_PREFIX "addl %1,%0"
             : "+m" (v->counter)
             : "ir" (i));
}
上面的是对于原子加操作。采用的方式是先对内存进行加锁，是其他的CPU不能存取内存。

关于内联汇编的方式【基本知识】：http://www.cppblog.com/jb8164/archive/2008/02/26/43260.html；

如果想要内联汇编【深入理解】：http://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html；

/**
 * atomic_sub - subtract integer from atomic variable
 * @i: integer value to subtract
 * @v: pointer of type atomic_t
 *
 * Atomically subtracts @i from @v.
 */
static inline void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
{
    asm volatile(LOCK_PREFIX "subl %1,%0"
             : "+m" (v->counter)
             : "ir" (i));
}

进行的原子减操作采用的是类似的方式；也是先对内存加锁，然后再操作。

/**
 * atomic_read - read atomic variable
 * @v: pointer of type atomic_t
 *
 * Atomically reads the value of @v.
 */
static inline int atomic_read(const atomic_t *v)
{
    return (*(volatile int *)&(v)->counter);
}

这个是对于原子的读操作。为了防止编译器对数值进行优化而采用的是寄存器中的数值，需要将其转换为volatile类型的数据，使之每次都从内存中读取，对于每次读取操作不会发生读到一半的情况，每次读操作要么才写操作之前，要么在写操作之后。

其他的原子操作采用的是类似的方式。