GCC 提供的原子操作

gcc从4.1.2提供了__sync_*系列的built-in函数，用于提供加减和逻辑运算的原子操作。

其声明如下：

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-->type __sync_fetch_and_add （type *ptr, type value, ...）
type __sync_fetch_and_sub （type *ptr, type value, ...）
type __sync_fetch_and_or （type *ptr, type value, ...）
type __sync_fetch_and_and （type *ptr, type value, ...）
type __sync_fetch_and_xor （type *ptr, type value, ...）
type __sync_fetch_and_nand （type *ptr, type value, ...）

type __sync_add_and_fetch （type *ptr, type value, ...）
type __sync_sub_and_fetch （type *ptr, type value, ...）
type __sync_or_and_fetch （type *ptr, type value, ...）
type __sync_and_and_fetch （type *ptr, type value, ...）
type __sync_xor_and_fetch （type *ptr, type value, ...）
type __sync_nand_and_fetch （type *ptr, type value, ...）

这两组函数的区别在于第一组返回更新前的值，第二组返回更新后的值。

type可以是1,2,4或8字节长度的int类型，即：
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-->
int8_t / uint8_t
int16_t / uint16_t
int32_t / uint32_t
int64_t / uint64_t

后面的可扩展参数（...）用来指出哪些变量需要memory barrier,因为目前gcc实现的是full barrier（类似于linux kernel 中的mb（）,表示这个操作之前的所有内存操作不会被重排序到这个操作之后）,所以可以略掉这个参数。

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-->
bool __sync_bool_compare_and_swap （type *ptr, type oldval type newval, ...）
type __sync_val_compare_and_swap （type *ptr, type oldval type newval, ...）

这两个函数提供原子的比较和交换，如果*ptr == oldval,就将newval写入*ptr,
第一个函数在相等并写入的情况下返回true.
第二个函数在返回操作之前的值。

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-->__sync_synchronize （...）
发出一个full barrier.

关于memory barrier,cpu会对我们的指令进行排序，一般说来会提高程序的效率，但有时候可能造成我们不希望得到的结果，举一个例子，比如我们有一个硬件设备，它有4个寄存器，当你发出一个操作指令的时候，一个寄存器存的是你的操作指令（比如READ），两个寄存器存的是参数（比如是地址和size），最后一个寄存器是控制寄存器，在所有的参数都设置好之后向其发出指令，设备开始读取参数，执行命令，程序可能如下：
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-->    write1（dev.register_size,size）;
    write1（dev.register_addr,addr）;
    write1（dev.register_cmd,READ）;
    write1（dev.register_control,GO）;
如果最后一条write1被换到了前几条语句之前，那么肯定不是我们所期望的，这时候我们可以在最后一条语句之前加入一个memory barrier,强制cpu执行完前面的写入以后再执行最后一条：
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-->
    write1（dev.register_size,size）;
    write1（dev.register_addr,addr）;
    write1（dev.register_cmd,READ）;
    __sync_synchronize（）;
    write1（dev.register_control,GO）;

memory barrier有几种类型：
    acquire barrier : 不允许将barrier之后的内存读取指令移到barrier之前（linux kernel中的wmb（））。
    release barrier : 不允许将barrier之前的内存读取指令移到barrier之后（linux kernel中的rmb（））。
    full barrier    : 以上两种barrier的合集（linux kernel中的mb（））。

还有两个函数：

type __sync_lock_test_and_set （type *ptr, type value, ...）
   将*ptr设为value并返回*ptr操作之前的值。

void __sync_lock_release （type *ptr, ...）
     将*ptr置0

示例程序：
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-->
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

static int count = 0;

void *test_func（void *arg）
{
        int i=0;
        for（i=0;i<20000;++i）{
                __sync_fetch_and_add（&count,1）;
        }
        return NULL;
}

int main（int argc, const char *argv[]）
{
        pthread_t id[20];
        int i = 0;

        for（i=0;i<20;++i）{
                pthread_create（&id[i],NULL,test_func,NULL）;
        }

        for（i=0;i<20;++i）{
                pthread_join（id[i],NULL）;
        }

        printf（"%d ",count）;
        return 0;
}