Android 原子操作函數介紹

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-01-19 05:59 281阅读 0赞

原子操作函數介紹  
什麼是原子操作？所謂原子操作，就是該操作絕不會在執行完畢前被任何其他任務或事件打斷，也就說，原子操作是最小的執行單位。  
上面這句話放到代碼中是什麼意思？請看一個例子：  
\[-->例子\]  
static int g\_flag = 0; //全局變量g\_flag  
static Mutex  lock  ;//全局的锁  
//線程1執行thread1。  
void thread1()  
\{   
   //g\_flag遞減,每次操作前锁住。  
   lock.lock();  
   g\_flag--;  
   lock.unlock();  
\}  
//線程2中執行thread2函數。  
void thread2()  
\{   
   lock.lock();  
   g\_flag++; //線程2對g\_flag進行遞增操作，每次操作前要取得锁。  
   lock.unlock();  
\}  
为什麼需要Mutex來幫忙呢？因为g\_flags++或g\_flags--操作都不是原子操作。從匯編指令的角度看，C/C++中的一條語句對應了數條匯編指令。以g\_flags++操作为例， 它生成的匯編指令可能就是以下三條：  
 從內存中取數據到寄存器。  
 對寄存器中的數據進行遞增操作，結果還在寄存器中。  
 寄存器的結果寫回內存。  
這三條匯編指令，如果按正常的順序連續執行是沒有問題的，但在多線程時就不能保證了。例如，線程1在執行第一條指令後，線程2由於調度的原因，搶在線程1之前連續執行完了三條指令。這样，線程1繼續執行指令時，它所使用的值就不是線程2更新後的值，而是之前的舊值。再對這個值進行操作便沒有意義了。  
在一般情況下，處理這種問題可以使用Mutex來加锁保護，但Mutex的使用方法比它所要保護的內容還要复雜，例如，锁的使用將導致從用戶態轉入內核態，有較大的浪費。那麼，有沒有簡便些的辦法讓這些加、減等操作不被中斷呢？  
答案是肯定的，但這需要CPU的支持。在X86平台上，一個遞增操作可以用下面的內嵌匯編語句來實現：  
\#define LOCK "lock;"  
INT32 InterlockedIncrement(INT32\* lpAddend)  
\{   
  /\*  
   這是我們在Linux平台上實現Windows API時使用的方法。  
   其中在SMP系統上，LOCK定義成"lock;"表示锁總線，這样同一時刻就只能有一個CPU訪問總線了。  
   非SMP系統，LOCK定義成空。由於InterlockedIncrement要返回遞增前的舊值，所以我們  
   使用了xaddl指令，它先交換源和目的的操作數，再進行遞增操作。  
\*/  
 INT32 i = 1;  
 \_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_(  
 LOCK "xaddl %0, %1"  
 :"+r" (i), "+m" (\*lpAddend)  
 : : "memory");  
 return \*lpAddend;

#### Android的院子操作函数 ####

Android提供了相關的原子操作函數。這裏有必要介紹一下各個函數的作用。  
\[-->Atomic.h\]，注意該文件位於system/core/include/cutils目錄中。  
//原子賦值操作，結果是\*addr=value。  
void  android\_atomic\_write (int32\_t value, volatile int32\_t\* addr);  
//下面所有函數的返回值都是操作前的舊值。  
//原子加1和原子減1。  
int32\_t  android\_atomic\_inc (volatile int32\_t\* addr);  
int32\_t  android\_atomic\_dec (volatile int32\_t\* addr);  
//原子加法操作，value为被加數。  
int32\_t  android\_atomic\_add (int32\_t value, volatile int32\_t\* addr);  
//原子“與”和“或”操作。  
int32\_t  android\_atomic\_and (int32\_t value, volatile int32\_t\* addr);  
int32\_t  android\_atomic\_or (int32\_t value, volatile int32\_t\* addr);  
/\*  
條件交換的原子操作。只有在oldValue等於\*addr時，才會把newValue賦值给\*addr。  
這個函數的返回值須特別注意。返回值非零，表示沒有進行賦值操作。返回值为零，表示  
進行了原子操作。  
\*/  
int  android\_atomic\_cmpxchg (int32\_t oldvalue, int32\_t newvalue,  
                                volatile int32\_t\* addr);  
有興趣的話，讀者可以對上述函數的實現進行深入研究，其中：  
X86平台的實現在system/core/libcutils/Atomic.c中，注意其代碼在\#elif defined(\_\_i386\_\_) || defined(\_\_x86\_64\_\_)所包括的代碼段內。  
ARM平台的實現在system/core/libcutils/atomic-android-arm.S匯編文件中。  
原子操作的最大好處在於避免了锁的使用，這對整個程序運行效率的提高有很大幫助。目前，在多核並行編程中，最高境界就是完全不使用锁。當然，它的難度可想而知是巨大的。