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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>   
  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. }  
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   
  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. }  
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。

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