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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 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://2s4d.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)是進程相關(guān)的,即使當進程執(zhí)行完add1 %2,%0,這時發(fā)生中斷,切換到另外一個進程,當回來的時候cflags還是進程的,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標識,這個標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;
}




關(guān)鍵詞: x86arm架構(gòu)原子操

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