`ll/sc` 指令在`linux`中的软件实现

load-link与store-conditional (LL/SC)是一对用于并发同步访问内存的CPU指令。Load-link返回内存位置处的当前值，随后的store-conditional在该内存位置处保存新值（如果从load-link后没有被修改）。这被用于实现无锁算法与read-modify-write原子操作。

linux在<asm/atomic.h>、<asm/system.h>、<asm/cmpxchg.h>、<asm/bitops.h>、<asm/local.h>中实现了多种基本的原子操作，以最简单的atomic_add来举例：

/*

 * atomic_add - add integer to atomic variable

 * @i: integer value to add

 * @v: pointer of type atomic_t

 *

 * Atomically adds @i to @v.

 */

static __inline__ void atomic_add(int i, atomic_t * v)

{

	if (kernel_uses_llsc && R10000_LLSC_WAR) {

		int temp;

		__asm__ __volatile__(

		"	.set	mips3					\n"

		"1:	ll	%0, %1		# atomic_add		\n"

		"	addu	%0, %2					\n"

		"	sc	%0, %1					\n"

		"	beqzl	%0, 1b					\n"

		"	.set	mips0					\n"

		: "=&r" (temp), "=m" (v->counter)

		: "Ir" (i), "m" (v->counter));

	} else if (kernel_uses_llsc) {

		int temp;

		__asm__ __volatile__(

		"	.set	mips3					\n"

		"1:	ll	%0, %1		# atomic_add		\n"

		"	addu	%0, %2					\n"

		"	sc	%0, %1					\n"

		"	beqz	%0, 2f					\n"

		"	.subsection 2					\n"

		"2:	b	1b					\n"

		"	.previous					\n"

		"	.set	mips0					\n"

		: "=&r" (temp), "=m" (v->counter)

		: "Ir" (i), "m" (v->counter));

	} else {

		unsigned long flags;

		raw_local_irq_save(flags);

		v->counter += i;

		raw_local_irq_restore(flags);

	}

}

其中，kernel_uses_llsc是一个宏定义，当定义为0时就需要软件实现。raw_local_irq_save与raw_local_irq_restore函数定义在<linux/irqflags.h>，对于不同的mips cpu有不同的实现，最简单的实现如下：

	.macro irq_enable_hazard; _ssnop; _ssnop; _ssnop;; .endm

	.macro irq_disable_hazard; nop; nop; nop; .endm

		.macro	raw_local_irq_save result

	.set	push

	.set	reorder

	.set	noat

	mfc0	\result, $12

	ori	$1, \result, 0x1f

	xori	$1, 0x1f

	.set	noreorder

	mtc0	$1, $12

	irq_disable_hazard

	.set	pop

	.endm							

		.macro	raw_local_irq_restore flags

	.set	push

	.set	noreorder

	.set	noat

	mfc0	$1, $12

	andi	\flags, 1

	ori	$1, 0x1f

	xori	$1, 0x1f

	or	\flags, $1

	mtc0	\flags, $12

	irq_disable_hazard

	.set	pop

	.endm

raw_local_irq_save与raw_local_irq_restore被实现为两个mips的宏定义，raw_local_irq_save对cp0的status寄存器进行修改，让cpu进入kernek mode，ERL与EXL置0，同时禁止中断，从而保证了原子性。raw_local_irq_restore将中断使能打开。

巴特西

`ll/sc` 指令在`linux`中的软件实现

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