Разработка ядра Linux
Шрифт:
Объявления всего, что необходимо для использования целочисленных атомарных операций, находятся в заголовочном файле
Объявление переменных типа
Выполнять
Если необходимо конвертировать тип
Наиболее частое использование атомарных целочисленных операций — это инкремент счетчиков. Защищать один счетчик с помощью сложной системы блокировок — это глупо, поэтому разработчики используют вызовы
Эта функция уменьшает на единицу значение заданной переменной атомарного типа. Если результат выполнения операции равен нулю, то возвращается значение
Таблица 9.1. Полный список всех атомарных операций с целыми числами
| Атомарная целочисленная операция | Описание |
|---|---|
ATOMIC_INIT(int i) | Объявление и инициализация в значение i переменной типа atomic _t |
int atomic_ read(atomic_t *v) | Атомарное считывание значения целочисленной переменной v |
void atomic_set(atomic_t *v, int i) | Атомарно установить переменную v в значение i |
void atomic_add(int i, atomic_t *v) | Атомарно прибавить значение i к переменной v |
void atomic_sub(int i, atomic_t *v) | Атомарно вычесть значение 1 из переменной v |
void atomic_inc(atomic_t *v) | Атомарно прибавить единицу к переменной v |
void atomic_dec(atomic_t *v) | Атомарно вычесть единицу из переменной v |
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v) | Атомарно вычесть значение i из переменной v и возвратить true , если результат равен нулю, и false в противном случае |
int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v) | Атомарно прибавить значение i к переменной v и возвратить true , если результат операции меньше нуля, иначе возвратить false |
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v) | Атомарно вычесть единицу из переменной v и возвратить true , если результат операции равен нулю, иначе
false |
int atomic_inc_and_test(atomic_t *v) | Атомарно прибавить единицу к переменной v и возвратить true , если результат операции равен нулю, иначе возвратить false |
Обычно атомарные операции реализованы как функции с подстановкой тела и встраиваемыми инструкциями на языке ассемблера (разработчики ядра любят
От атомарных операций чтения перейдем к различиям между атомарностью и порядком выполнения. Как уже рассказывалось, операции чтения одного машинного слова всегда выполняются атомарно. Эти операции никогда не перекрываются операциями записи того же машинного слова. Иными словами, операция чтения данных всегда возвращает машинное слово в консистентном состоянии: иногда возвращается значение, которое было до записи, а иногда — то, которое стало после записи, но никогда не возвращается значение, которое было во время записи. Например, если целочисленное значение вначале было равно 42, а потом стало 365, то операция чтения всегда вернет значение 42 или 365, но никогда не смешанное значение. Это называется атомарностью.
Иногда бывает так, что вашему коду необходимо нечто большее, например операция чтения всегда выполняется перед ожидающей операцией записи. Это называется не атомарностью, а порядком выполнения (ordering). Атомарность гарантирует, что инструкции выполняются не прерываясь и что они либо выполняются полностью, либо не выполняются совсем. Порядок выполнения же гарантирует, что две или более инструкций, даже если они выполняются разными потоками или разными процессами, всегда выполняются в нужном порядке.
Атомарные операции, которые обсуждаются в этом разделе, гарантируют только атомарность. Порядок выполнения гарантируется с помощью операций барьеров (barrier), которые будут рассмотрены дальше в текущей главе.
В любом коде использование атомарных операций, где это возможно, более предпочтительно по сравнению со сложными механизмами блокировок. Для большинства аппаратных платформ одна или две атомарные операции приводят к меньшим накладным затратам и к более эффективному использованию процессорного кэша, чем в случае более сложных методов синхронизации. Как и в случае любого кода, который чувствителен к производительности, всегда разумным будет протестировать несколько вариантов.
Битовые атомарные операции
В дополнение к атомарным операциям с целыми числами, ядро также предоставляет семейство функций, которые позволяют работать на уровне отдельных битов. Не удивительно, что эти операции зависят от аппаратной платформы и определены в файле
Тем не менее может вызвать удивление то, что функции, которые реализуют битовые операции, работают с обычными адресами памяти. Аргументами функций являются указатель и номер бита. Бит 0 — это наименее значащий бит числа, которое находится по указанному адресу. На 32-разрядных машинах бит 31 — это наиболее значащий бит, а бит 0 — наименее значащий бит машинного слова. Нет ограничений на значение номера бита, которое передается в функцию, хотя большинство пользователей работают с машинными словами и номерами битов от 0 до 31 (или до 63 для 64-битовых машин).
Так как функции работают с обычными указателями, то в этом случае нет аналога типу