linux 进程原子操作

在Linux中，原子操作是指不可被中断的一个或一系列操作，即在执行过程中不会被其他进程或线程干扰。原子操作在多进程或多线程编程中非常重要，因为它们可以确保数据的完整性和一致性。

基础概念

原子性：一个操作要么完全执行，要么完全不执行，不存在中间状态。
临界区：访问共享资源的代码段，需要通过原子操作或互斥机制来保护。

类型

Linux内核提供了一些基本的原子操作，如：

原子加减：atomic_add(), atomic_sub()
原子比较和交换：atomic_cmpxchg()
原子设置和清除标志：atomic_set(), atomic_clear()

此外，C++11及更高版本的标准库也提供了std::atomic模板类，用于实现各种原子操作。

应用场景

计数器：多个线程同时增加一个全局计数器时，使用原子操作确保计数准确。
标志位：多线程编程中，使用原子操作设置或检查某个标志位，避免竞态条件。
资源管理：如信号量、自旋锁等同步机制的实现。

遇到的问题及解决方法

问题：多个进程或线程同时修改共享数据，导致数据不一致。

原因：缺乏适当的同步机制，使得操作在执行过程中可能被其他进程或线程中断。

解决方法：

使用原子操作：对于简单的加减、比较和交换等操作，可以使用Linux内核提供的原子操作函数或C++11的std::atomic。
使用锁机制：对于更复杂的操作，可以使用互斥锁（mutex）、读写锁等同步机制来保护临界区。

示例代码（C++11）

以下是一个使用std::atomic实现线程安全计数器的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> counter(0);

void increment() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
    }
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Counter: " << counter.load(std::memory_order_relaxed) << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，两个线程同时增加一个全局计数器counter，使用std::atomic确保操作的原子性，从而得到正确的计数结果。