2012-08-22 Linux下原子操作

今天在开发的过程中遇到这么一个情形，有两个线程分别对一个 map 中的同一变量进行写操作（其中一个是加1操作，另一个是赋零操作），这样会很不安全，通常情况下大家肯定会首先考虑用互斥锁，但是使用线程互斥锁之后性能会下降很多，那么我就选择了原子操作，而原子操作的性能比互斥锁高很多，这里有一篇文章讲到它们之间的性能比较：http://imcc.blogbus.com/logs/179131763.html。

    于是上网找了关于原子操作的资料，所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断，也就说，它的最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位，因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。然而大部分资料都说原子操作是定义在 include/asm/atomic.h 文件中，但是我在 ubuntu 下搜索这个头文件，根本搜索不到，后来才知道如果没有 atomic.h 头文件的时候，我们也可以使用原子操作，gcc从4.1.2提供了__sync_*系列的built-in函数，用于提供加减和逻辑运算的原子操作。

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)

type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)

type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)

type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)

type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)

type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)

type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)
type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)

这两个函数提供原子的比较和交换，如果*ptr == oldval,就将newval写入*ptr,
第一个函数在相等并写入的情况下返回true.
第二个函数在返回操作之前的值。 

还有两个函数：

type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)
   将*ptr设为value并返回*ptr操作之前的值。

void __sync_lock_release (type *ptr, ...)
     将*ptr置0

于是我们可以用宏来把这些原子操作的函数封装一下：
// The atomic of increment one

#define atomic_inc(x)       __sync_add_and_fetch((x),1)

// The atomic of set to zero            

#define atomic_set_zero(x)  __sync_lock_release(x)

// The atomic of set                 

#define atomic_set(x, y)    __sync_lock_test_and_set((x), (y))