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原子操作 API
Linux 内核定义了叫做 atomic_t 的结构体来完成整型数据的原操作#xff0c;在使用是使用原子变量来代替整型变量。此结构体定义在 include/linux/t… 文章目录 linux驱动——原子操作原子操作 API原子位操作 API原子操作驱动原子操作 APP linux驱动——原子操作
原子操作 API
Linux 内核定义了叫做 atomic_t 的结构体来完成整型数据的原操作在使用是使用原子变量来代替整型变量。此结构体定义在 include/linux/types.h 文件中定义如下
typedef struct {int counter;
}atomic_t;如果要使用原子操作 API 函数需要首先定义一个 atomic_t 的变量如下所示
atomic_t value; /* 定义一个原子变量 value */也可以在定义原子变量的时候给原子变量赋初值如下所示
atomic_t value ATOMIC_INIT(0) /* 定义原子变量 value 并赋初值为 0*/Linux 内核提供的原子变量操作的 API 如下
函数描述ATOMIC_INIT(int i)定义原子变量的时候初始化int atomic_read(atomic_t *v)读取原子变量 v 的值并且返回void atomic_set(atomic_t *v, int i)向 v 写入 i 值void atomic_add(int i, atomic_t *v)给 v 加上 i 值void atomic_sub(int i, atomic_t *v)给 v 减去 i 值void atomic_inc(atomic_t *v)自增void atomic_dec(atomic_t *v)自减int atomic_dec_return(atomic_t *v)自减并返回 v 的值int atomic_inc_return(atomic_t *v)自增并返回 v 的值int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)从 v 减 i如果结果为 0 就返回真否则返回假int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)从 v 减 1如果结果为 0 就返回真否则返回假int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)给 v 加 1如果结果为 0 就返回真否则返回假int atomic_inc_and_test(atomic_t *v)给 v 加 1如果结果为 0 就返回真否则返回假int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)给 v 加 i如果结果为负就返回真否则返回假
如果使用 64 位的 SOC 的话就要用到 64 位的原子变量Linux 内核也定义了 64 位原子结构体如下所示
#ifdef CONFIG_64BIT
typedef struct {s64 counter;
} atomic64_t;
#endiftypedef __s64 s64;
__extension__ typedef __signed__ long long __s64;相应的也提供了 64 位原子变量的操作 API 函数和上表用法一样只是将 atomic_ 前缀换为 atomic64_ 将 int 换为 long long。如果使用的是 64 位的 SOC那么就要使用 64 位的原子操作函数。
原子变量使用示例如下
atomic_t v ATOMIC_INIT(0); /* 定义并初始化原子变量 v 0 */
atomic_set(v, 10); /* 设置 v 10 */
atomic_read(v); /* 读取 v 的值肯定是 10 */
atomic_inc(v); /* v 的值加 1v 11 */原子位操作 API
位操作也是很常用的操作Linux 内核也提供了一系列的原子位操作 API 函数只不过原子位操作不像原子整形变量那样有个 atomic_t 的数据结构原子位操作是直接对内存进行操作API 函数下所示
函数描述void set_bit(int nr, void *p)将 p 地址的第 nr 位置 1void clear_bit(int nr,void *p)将 p 地址的第 nr 位清零void change_bit(int nr, void *p)将 p 地址的第 nr 位进行翻转int test_bit(int nr, void *p)获取 p 地址的第 nr 位的值int test_and_set_bit(int nr, void *p)将 p 地址的第 nr 位置 1并且返回 nr 位原来的值int test_and_clear_bit(int nr, void *p)将 p 地址的第 nr 位清零并且返回 nr 位原来的值int test_and_change_bit(int nr, void *p)将 p 地址的第 nr 位翻转并且返回 nr 位原来的值
原子操作驱动
#include linux/device/class.h
#include linux/export.h
#include linux/uaccess.h
#include linux/types.h
#include linux/kernel.h
#include linux/init.h
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/device.h
#include linux/cdev.h#define CHRDEVBASE_NAME chrdev_atom /* 设备名 */
#define CHRDEVBASE_NUM 1 /* 设备数目 */static char write_buf[100];
static char read_buf[100];static char *string_test kernel data this tyustli test;typedef struct {dev_t dev_id; /* 设备号 */struct cdev c_dev; /* cdev */struct class *class; /* 类 */struct device *device; /* 设备 */int major; /* 主设备号 */int minor; /* 次设备号 */atomic_t lock; /* 原子锁 */
} new_chrdev_t;new_chrdev_t new_chrdev;static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *file)
{/* 通过判断原子变量的值来检查当前驱动有没有被别的应用使用 */if (!atomic_dec_and_test(new_chrdev.lock)) {atomic_inc(new_chrdev.lock); /* 小于 0 的话就加 1,使其原子变量等于 0 */return -EBUSY; /* 驱动被使用返回忙 */}printk(k: chrdevbase open\r\n);return 0;
}static ssize_t chrdevbase_read(struct file *file, char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{unsigned long ret 0;printk(k: chrdevbase read\r\n);memcpy(read_buf, string_test, strlen(string_test));ret copy_to_user(buf, read_buf, count);if (ret 0) {printk(k: read data success\r\n);} else {printk(k: read data failed ret %ld\r\n, ret);}return ret;
}static ssize_t chrdevbase_write(struct file *file, const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{unsigned long ret 0;printk(k: chrdevbase write\r\n);ret copy_from_user(write_buf, buf, count);if (ret 0) {printk(k: write data success write data is: %s\r\n, write_buf);} else {printk(k: write data failed ret %ld\r\n, ret);}return count;
}static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *file)
{/* 关闭驱动文件的时候释放原子变量 */atomic_inc(new_chrdev.lock);printk(k: chrdevbase release\r\n);return 0;
}static struct file_operations chrdevbase_fops {.owner THIS_MODULE,.open chrdevbase_open,.read chrdevbase_read,.write chrdevbase_write,.release chrdevbase_release,
};static int __init chrdevbase_init(void)
{int err 0;atomic_set(new_chrdev.lock, 1); /* 原子变量初始值为1 */err alloc_chrdev_region(new_chrdev.dev_id, 0, CHRDEVBASE_NUM,CHRDEVBASE_NAME);if (err 0) {printk(k: alloc chrdev region failed err %d\r\n, err);return -1;}/* get major and minor */new_chrdev.major MAJOR(new_chrdev.dev_id);new_chrdev.minor MINOR(new_chrdev.dev_id);printk(k: newcheled major%d,minor%d\r\n, new_chrdev.major,new_chrdev.minor);new_chrdev.c_dev.owner THIS_MODULE;cdev_init(new_chrdev.c_dev, chrdevbase_fops);err cdev_add(new_chrdev.c_dev, new_chrdev.dev_id, CHRDEVBASE_NUM);if (err 0) {printk(k: cdev add failed err %d\r\n, err);goto out;}new_chrdev.class class_create(CHRDEVBASE_NAME);if (IS_ERR(new_chrdev.class)) {printk(k: class create failed\r\n);goto out_cdev;}new_chrdev.device device_create(new_chrdev.class, NULL, new_chrdev.dev_id,NULL, CHRDEVBASE_NAME);if (IS_ERR(new_chrdev.device)) {printk(k: device create failed\r\n);goto out_class;}printk(k: base module init\r\n);return 0;out_class:class_destroy(new_chrdev.class);
out_cdev:cdev_del(new_chrdev.c_dev);
out:unregister_chrdev_region(new_chrdev.dev_id, CHRDEVBASE_NUM);return err;
}static void __exit chrdevbase_exit(void)
{device_destroy(new_chrdev.class, new_chrdev.dev_id);class_destroy(new_chrdev.class);cdev_del(new_chrdev.c_dev);unregister_chrdev_region(new_chrdev.dev_id, CHRDEVBASE_NUM);printk(k: base module exit!\r\n);
}module_init(chrdevbase_init);
module_exit(chrdevbase_exit);MODULE_LICENSE(GPL);
MODULE_AUTHOR(tyustli);
MODULE_INFO(intree, Y); /* loading out-of-tree module taints kernel */原子操作 APP
#include stdio.h
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include stdlib.h
#include string.hstatic char usrdata[] { user data! };int main(int argc, char *argv[])
{int fd, retvalue;char *filename;unsigned char run_cnt 0;char readbuf[100], writebuf[100];if (argc ! 3) {printf(u: error Usage!\r\n);return -1;}filename argv[1];/* 打开驱动文件 */fd open(filename, O_RDWR);if (fd 0) {printf(u: cant open file %s\r\n, filename);return -1;}/* 从驱动文件读取数据 */if (atoi(argv[2]) 1) {retvalue read(fd, readbuf, 50);if (retvalue 0) {printf(u: read file %s failed!\r\n, filename);} else {/* 读取成功打印出读取成功的数据 */printf(u: read data:%s\r\n, readbuf);}}/* 模拟占用驱动 25s此时另一个线程去打开驱动 */while (1) {sleep(5);run_cnt;if (run_cnt 5)break;}/* 向设备驱动写数据 */if (atoi(argv[2]) 2) {memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));retvalue write(fd, writebuf, 50);if (retvalue 0) {printf(u: write file %s failed!\r\n, filename);}}/* 关闭设备 */retvalue close(fd);if (retvalue 0) {printf(u: cant close file %s\r\n, filename);return -1;}return 0;
}
模块安装
modprobe my_module模块运行
/lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1
/lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1 结果
~ # /lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1
~ # k: chrdevbase open
k: chrdevbase read
k: read data success
u: read data:kernel data this tyustli test
~ # /lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1
~ # u: cant open file /dev/chrdev_atom[2] Done(255) /lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1
~ # k: chrdevbase release[1] Done /lib/modules/6.5.7/my_app /dev/chrdev_atom 1
