原子操作 ARM架構

說明：核心版本號為3.10.101

一、arm架構中的原子操作實現

在原子操作(一)中我們已經提到，各個架構組織為「復仇者」聯盟，統一了基本的原子變數操作，這裡我們就拿atomic_dec(v)來看看通天arm的實現。

首先是atomic_dec(v)原子減一操作的巨集定義。這個巨集的定義在檔案arch/arm/include/asm/atomic.h中：

#define atomic_dec(v)        atomic_sub(1, v)

對於arm架構不同的版本，stomic_sub(i,v)的實現是不一樣的。具體而言，在armv6之前的版本定義如下：

#define atomic_sub(i, v)    (void) atomic_sub_return(i, v)

而armv6以後的版本則將atomic_sub()實現為static 內聯函式，具體見第二節。

二、armv6以前的版本的實現

armv6之前的版本將atomic_sub()巨集定義為atomic_sub_return()函式，其實現也在檔案arch/arm/include/asm/atomic.h中。而這個atomic_sub_return()函式根據版本的不同也有兩個不同的實現。我們這裡只關注armv6之前版本的實現。

/*
armv6 以前的版本：不支援smp 
*/static inline int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v)

可以看到，對v->counter的減一操作是乙個臨界區，指令的執行不能被打斷，記憶體的訪問也需要保持沒有干擾。

armv6以前的版本通過關本地中斷來保護這塊臨界區，看起來相當簡單，其奧秘就在於armv6以前的版本不支援smp。

在系統不支援smp的情況下，我們關掉本地中斷可以防止下面幾種意外：

1) 關掉本地中斷後，在對v->counter實施"減一"的過程中不會被外部中斷打斷；

2) 系統不支援smp，可以保證在本地cpu訪問v->counter和val變數記憶體的過程中不會有其他cpu訪問這些記憶體。

問題：

1. 雖然在臨界區內不會有其他cpu訪問 v->counter和val，但是能夠保證不會有dma操作這些記憶體麼？

2. 雖然禁止了中斷，但是可以保證期間此cpu不會被搶占或者因為其他原因放棄排程麼？

答：

1. dma在操作記憶體前會通過dma中斷、匯流排仲裁來與cpu的記憶體訪問進行協調。這裡已經關掉本地中斷，且是up系統，所以不會干擾。

2. 在up系統中沒有核心搶占；從**上來看，臨界區這一段沒有主動放棄cpu；另外，我們禁止了本地中斷，也就是禁止了時鐘中斷，這樣在開中斷前就不會有機會進行排程檢查，保證臨界區在開中斷前一直執行。

三. armv7以後的架構

從armv6t2以後的版本中，arm和thumb指令集開始採用了新一代"獨佔訪問"指令"load-exclusive and store-exclusive "來實現原子操作。獨佔訪問的秘訣就在於系統中通過exclusive monitor來實現獨佔訪問的監控。核心中atomic_sub()的具體實現如下所示：

/*
* armv6 up and smp safe atomic ops. we use load exclusive and
* store exclusive to ensure that these are atomic. we may loop */
static inline void atomic_sub(int i, atomic_t *v)

訪存指令ldrex/strex和普通的ldr/str訪存指令不一樣，它是「獨佔」訪存指令。這對指令訪存過程由乙個稱作「exclusive monitor」的部件來監視是否可以進行獨佔訪問。

先看看這對獨佔訪存指令：

(1)ldrex r1 ，[r0] 指令是以獨佔的方式從r0所指的位址中取乙個字存放到r0中；

(2)strex r2，r1，[r0] 指令是以獨佔的方式用r1來更新記憶體，如果獨佔訪問條件允許，則更新成功並返回0到r2，否則失敗返回1到r2。

了解ldrex和strex的基本原理後，理一理上面atomic_sub()原子更新(減一)atomic_t * v的實現流程：

(1) 從記憶體中讀取v->counter值到乙個暫存器中(result)，並更新exclusive monitor狀態為獨佔訪問；

(2)result減一操作；

(3)嘗試將result的值寫入v->counter位址，如果exclusive monitor允許獨佔寫存，則修改記憶體成功並將tmp設定為0 ，否則tmp設定1；

(4)檢視tmp的值是否為0 ，如果不為0表示上面的更新v->counter失敗，再次跳轉會(1)執行。

一旦strex指令執行成功，就表示這次記憶體訪問沒有受到其他干擾，保證了記憶體更新操作的原子性。

原子操作 ARM架構

原子性，原子操作

原子變數與原子操作

c 原子操作賦值 c 原子操作

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