深入 Linux 内核中的 try_cmpxchg64()：揭开原子操作的神秘面纱

后端

2023-12-16 15:07:41

Linux 内核中的原子操作：了解 try_cmpxchg64()

在现代计算机系统中，多核处理器和多线程应用程序已成为常态。为了确保数据的完整性和一致性，我们需要一种机制来协调对共享数据的访问，这就是原子操作。

什么是原子操作？

原子操作是一种特殊的指令，可以保证在执行过程中不会被中断。这确保了对数据的访问是原子的，即一个处理器对数据的访问不会被另一个处理器的访问所中断。

Linux 内核中的 try_cmpxchg64() 函数

Linux 内核提供了丰富的原子操作 API，其中 try_cmpxchg64() 便是其中之一。它在 SMP（对称多处理）系统中发挥着至关重要的作用。

SMP 系统是指具有多个对称处理器的计算机系统，这些处理器共享相同的内存和外围设备。在 SMP 系统中，多个处理器可以同时访问共享数据，这可能会导致数据竞争和不一致。为了解决这个问题，我们需要一种机制来确保对共享数据的访问是原子的。

try_cmpxchg64() 函数的作用

try_cmpxchg64() 函数的作用是将一个 64 位整数的值与内存中某个地址的值进行比较。如果两者相等，则用新值替换内存中的旧值，否则不进行任何操作。这个过程是原子的，即它不会被另一个处理器的访问所中断。

try_cmpxchg64() 函数的原型

long long try_cmpxchg64(volatile long long *ptr, long long oldval, long long newval);

其中：

ptr 是要比较和交换的变量的地址。
oldval 是要比较的值。
newval 是要交换的新值。

如果比较成功，则返回旧值，否则返回 0。

try_cmpxchg64() 函数的应用

try_cmpxchg64() 函数可以用于各种场景，例如：

原子计数器：可以使用 try_cmpxchg64() 函数来实现原子计数器，即多个处理器可以同时对计数器进行增减操作，而不会导致数据不一致。
原子链表：可以使用 try_cmpxchg64() 函数来实现原子链表，即多个处理器可以同时对链表进行插入和删除操作，而不会导致链表损坏。
原子哈希表：可以使用 try_cmpxchg64() 函数来实现原子哈希表，即多个处理器可以同时对哈希表进行插入和删除操作，而不会导致哈希表损坏。

代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    long long counter = 0;

    while (try_cmpxchg64(&counter, counter, counter + 1) != 0) {
        // 如果比较失败，则重复尝试
    }

    printf("Counter: %lld\n", counter);

    return 0;
}