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

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

#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

#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

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

int atomic_add_return(int i,atomic_t *v);
<pre class="cpp" name="code">int atomic_sub_return(int i,atomic_t *v);</pre>

int atomic_inc_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，

#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

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

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。

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。
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