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        x86和arm架構(gòu)原子操作的區(qū)別

        作者: 時間:2016-11-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
        x86arm原子操作上有些差別,下面一代碼的形式來說明區(qū)別:
        首先比較單核:
        由于x86是CISC指令集,允許在一條指令里進(jìn)行兩次內(nèi)存操作,所以對i++,i__這些操作在單核條件下是原子,當(dāng)然必須得是顯示使用addl r,%1這種,就可在一條指令里完成讀,寫操作。
        而arm屬于RISC指令集,在一次指令執(zhí)行期間只能有一次內(nèi)存操作,所以像i++,i--這些需要先讀取內(nèi)存值然后賦值的操作,在arm架構(gòu)下沒法一條指令完成,所以就不滿足原子操作,這時怎樣實現(xiàn)原子操作呢:
        我們通過代碼來看;
        對于atomic_add
        x86的實現(xiàn)很簡單:

        static__inline__voidatomic_add(inti,atomic_t*v)
        {
        __asm____volatile__(
        LOCK"addl %1,%0"
        :"=m"(v->counter)
        :"ir"(i),"m"(v->counter));
        }

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201611/317840.htm

        單核情況下LOCK是空。
        下面再看下atomic_add_and_test:

        static__inline__inthal_atomic_add_and_test(inti,emcos_atomic_t*v)
        {
        unsignedcharc;

        __asm____volatile__(
        LOCK"addl %2,%0; sete %1"
        :"=m"(v->val),"=qm"(c)
        :"ir"(i),"m"(v->val):"memory");
        returnc;
        }


        可能大家會想,這個有兩條指令了,能是原子的嗎?肯定是,為什么是呢?
        大家要注意sete %1這個是條件指令,而這個條件(cflags)是進(jìn)程相關(guān)的,即使當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行完add1 %2,%0,這時發(fā)生中斷,切換到另外一個進(jìn)程,當(dāng)回來的時候cflags還是進(jìn)程的,和沒切換的情形一樣,所以是原子。
        而對于arm這需要更多工作:

        #defineatomic_add(i,v)(void)atomic_add_return(i,v)

        staticinlineintatomic_add_return(inti,atomic_t*v)
        {
        unsignedlongflags;
        intval;

        local_irq_save(flags);
        val=v->counter;
        v->counter=val+=i;
        local_irq_restore(flags);

        returnval;
        }


        上面可以看出是通過關(guān)中斷來實現(xiàn)的,為什么要關(guān)中斷來實現(xiàn)原子操作:
        分析下:
        arm對于i++會生成如下代碼:
        1ldr r0,=i
        2mov [r0],r1 //這個讀內(nèi)存操作
        3inc r1 //如果在這個時候發(fā)生中斷,然后在中斷處理程序中也執(zhí)行i++操作就不是原子操作
        4mov r1,[r0]//這個寫內(nèi)存操作
        假設(shè)I=0。如果進(jìn)程1執(zhí)行i++,執(zhí)行到3時被中斷打斷,然后中斷中也執(zhí)行了i++,當(dāng)兩個i++執(zhí)行完了,i=1,而不是我們所要的2,這就是非原子操作的結(jié)果。
        怎么解決,就是說2-4這段代碼要么不執(zhí)行,要么執(zhí)行完才能保證原子,這個在單核上通過關(guān)中斷就可以實現(xiàn),這也是上面關(guān)中斷的原因。

        2.多核情況;
        x86架構(gòu)下:
        單指令也不是原子操作了,比如addl r,%1這種有兩次內(nèi)存操作的也不是原子操作,有可能在執(zhí)行下一次內(nèi)存操作的時候,另一個核心也讀取了這個內(nèi)存,也會造成兩次i++操作為1的錯誤結(jié)果。
        解決方法是家LOCK標(biāo)識,這個標(biāo)識的作用是在一條指令執(zhí)行時,鎖住總線,其他核心沒法讀取,從而得到了原子操作。
        arm架構(gòu)下:
        arm只有v6系列后的才有多核,也才有專門的內(nèi)存原子操作機(jī)制就是ldrex,strex指令。
        其源碼如下:

        staticinlineintatomic_add_return(inti,atomic_t*v)
        {
        unsignedlongtmp;
        intresult;

        __asm____volatile__("@ atomic_add_returnn"
        "1: ldrex %0, [%2]n"
        " add %0, %0, %3n"
        " strex %1, %0, [%2]n"
        " teq %1, #0n"
        " bne 1b"
        :"=&r"(result),"=&r"(tmp)
        :"r"(&v->counter),"Ir"(i)
        :"cc");

        returnresult;
        }




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