Linux内核中的cmpxchg函数

Linux内核中的cmpxchg函数

http://www.longene.org/forum/viewtopic.php?t=2216
前几天，为了这个函数花了好多时间，由于参考的资料有误，一直都没有看明白，直到google之后，总算搞明白了，因此写出来大家分享一下。

在Linux内核中，提供了比较并交换的函数cmpxchg，代码在include/asm-i386/cmpxchg.h中，函数的原型是：

代码: 全选

cmpxchg(void
*ptr, unsigned long old, unsigned long new);

函数完成的功能是：将old和ptr指向的内容比较，如果相等，则将new写入到ptr中，返回old，如果不相等，则返回ptr指向的内容。

在linux中的实现是这样的。

代码: 全选

#define
cmpxchg(ptr,o,n)\

((__typeof__(*(ptr)))__cmpxchg((ptr),(unsigned long)(o),\

(unsigned long)(n),sizeof(*(ptr))))

很明显，这个函数就是调用了__cmpxchg。

代码: 全选

static
inline unsigned long __cmpxchg(volatile void *ptr, unsigned long old,

unsigned long new, int size)

{

unsigned long prev;

switch (size) {

case 1:

__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX "cmpxchgb %b1,%2"

: "=a"(prev)

: "q"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)

: "memory");

return prev;

case 2:

__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX "cmpxchgw %w1,%2"

: "=a"(prev)

: "r"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)

: "memory");

return prev;

case 4:

__asm__ __volatile__(LOCK_PREFIX "cmpxchgl %1,%2"

: "=a"(prev)

: "r"(new), "m"(*__xg(ptr)), "0"(old)

: "memory");

return prev;

}

return old;

}

以最为常用的4字节交换为例，主要的操作就是汇编指令cmpxchgl %1,%2，注意一下其中的%2，也就是后面的"m"(*__xg(ptr))。

__xg是在这个文件中定义的宏：

struct __xchg_dummy { unsigned long a[100]; };

#define __xg(x) ((struct __xchg_dummy *)(x))

那么%2经过预处理，展开就是"m"(*((struct __xchg_dummy *)(ptr)))，这种做法，就可以达到在cmpxchg中的%2是一个地址，就是ptr指向的地址。如果%2是"m"(ptr)，那么指针本身的值就出现在cmpxchg指令中。

我手头有一份《奔腾指令速查》，其中对cmpxchg的说明是这样的：

代码: 全选

CMPXCHG
r/m32,r32 0F B1 /r CMPXCHG EBX,ECX ；如果EAX与EBX相等，则ECX送EBX且ZF置1；否则EBX送ECX，且ZF清0

文章里用的是MS的汇编格式，换成AT&T的格式就是：

代码: 全选

cmpxchg
%ecx, %ebx；如果EAX与EBX相等，则ECX送EBX且ZF置1；否则EBX送ECX，且ZF清0

在上述例子中，eax就是old，ebx就是ptr指向的内容，ecx就是new。所以cmpxchg指令的操作就是：如果old等于ptr指向的内容，那么就把new写入到ptr中，返回old(%eax没有改变过，一直是old)，这部分和cmpxchg函数的原意是符合的；如果old不等于ptr指向的内容，那么ptr的内容写入new(%ecx)中，返回old(%eax没有改变过，一直是old)，这明显不符合cmpxchg函数的意思。对此是大惑不解，后来经过Google才知道，那份资料有错。正解是：

代码: 全选

cmpxchg
%ecx, %ebx；如果EAX与EBX相等，则ECX送EBX且ZF置1；否则EBX送EAX，且ZF清0

也就是说，在old和ptr指向的内容不相等的时候，将ptr的内容写入eax中，这样，ptr的内容就会返回给cmpxchg函数的调用者。这样就和原意相符合了。