14.3.2　x86架构下的原子操作

Nginx要在源代码中实现对整型的原子操作，自然必须通过内联汇编语言直接操作硬件才能做到，本节以基于x86的SMP多核架构为例来看看Nginx是如何实现这两个基本的原子操作的（由于参考着x86架构下的实现即可以简单地推导出其他架构下的实现，故其他架构下的原子操作实现方法不再一一说明）。

使用GCC编译器在C语言中嵌入汇编语言的方式是使用asm关键字，如下所示。

asmvolatile（汇编语句部分

：输出部分

/可选/

：输入部分

/可选/

：破坏描述部分

/可选/

）；

以上加入的volatile关键字用于限制GCC编译器对这段代码做优化。

这段内联的汇编语言包括4个部分。

（1）汇编语句部分

引号中所包含的汇编语句可以直接用占位符%来引用C语言中的变量（最多10个，%0～%9）。

下面简单介绍一下随后用到的两个汇编语句，先来看看cmpxchgl r，[m]这个语句，Nginx源代码中对这一汇编语句有一段伪代码注释，如下所示。

//如果eax寄存器中的值等于m

if（eax==[m]）{

//将z f标志位设为1

zf=1；

//将m值设为r

[m]=r；

//如果eax寄存器中的值不等于m

}else{

//zf标志位设为0

zf=0；

//将eax寄存器中的值设为m

eax=[m]；

}

从上面这段伪代码可以看出，cmpxchgl r，[m]语句首先会用m比较eax寄存器中的值，如果相等，则把m的值设为r，同时将zf标志位设为1；否则将zf标志位设为0。

再看一个语句sete[m]，它正好配合着上面的cmpxchgl语句使用，这里不妨简单地认为它的作用就是将zf标志位中的0或者1设置到m中。

（2）输出部分

这部分可以将寄存器中的值设置到C语言的变量中。

（3）输入部分

可以将C语言中的变量设置到寄存器中。

（4）破坏描述部分

通知编译器使用了哪些寄存器、内存。

简单了解了GCC如何内联汇编语言后，下面来看看ngx_atomic_cmp_set方法的实现，如下所示。

static ngx_inline ngx_atomic_uint_t

ngx_atomic_cmp_set（ngx_atomic_t*lock,ngx_atomic_uint_t old，

ngx_atomic_uint_t set）

{

u_char res；

//在C语言中嵌入汇编语言

asmvolatile（

//多核架构下首先锁住总线

"lock；"

//将lock的值与eax寄存器中的old相比较，如果相等，则置lock的值为set

"cmpxchgl%3，%1；"

//cmpxchgl的比较若是相等，则把zf标志位1写入res变量，否则res为0

"sete%0；"

："=a"（res）："m"（*lock），"a"（old），"r"（set）："cc"，"memory"）；

return res；

}

现在简单地说明一下上述代码，在嵌入汇编语言的输入部分，"m"（lock）表示lock变量是在内存中，操作lock时直接通过内存（不使用寄存器）处理，而"a"（old）表示把old变量写入eax寄存器中，"r"（set）表示把set变量写入通用寄存器中，这些都是在为cmpxchgl语句做准备。"cmpxchgl%3，%1"相当于"cmpxchgl setlock"（含义参照上面介绍过的伪代码）。这3行汇编语句的意思如下：首先锁住总线防止多核的并发执行，接着判断原子变量lock与old值是否相等，若相等，则把lock值设为set，同时设res为1，方法返回；若不相等，则设res为0，方法返回。

在了解ngx_atomic_fetch_add方法前，再介绍一个汇编语句xaddl。下面先来看看Nginx对"xaddl r，[m]"语句做的伪码注释，如下所示。

temp=[m]；

[m]+=r；

r=temp；

可以看到，xaddl执行后[m]值将为r和[m]之和，而r中的值为原[m]值。现在看看ngx_atomic_fetch_add方法是如何实现的，如下所示。

static ngx_inline ngx_atomic_int_t

ngx_atomic_fetch_add（ngx_atomic_t*value,ngx_atomic_int_t add）

{

asmvolatile（

//首先锁住总线

"lock；"

//value的值将会等于原先value值与add值之和，而add为原*value值

"xaddl%0，%1；"

："+r"（add）："m"（*value）："cc"，"memory"）；

return add；

}

可见，ngx_atomic_fetch_add将使得value原子变量的值加上add，同时返回原先value的值。