引用计数解决资源初始化及回收问题

1 问题背景

考虑下面这个场景：

在升级芯片固件的时候，例如CPLD芯片，在BMC没有访问CPLD的时候，CPLD和BMC的Jtag没有相连，BMC在升级CPLD的时候需要先把Jtag切到BMC侧，保证两者之间的正常通信，升级完成后需要再把Jtag切换到底座上。BMC通过Jtag升级CPLD时，其他的线程也可能通过Jtag访问CPLD。那么该如何管理这个Jtag的切换呢？

首先可以肯定的是，BMC去通过Jtag访问CPLD的时候，肯定是要先把Jtag切换到BMC侧的。但是问题是什么时候需要把Jtag切回底座上去呢？因为有可能通过硬件Jtag烧录器去烧录，这个时候就需要Jtag切换到底座。

那如果在每次使用完之后直接切换会底座上呢？同样会有问题，假如有两个线程，一个是升级线程，负责升级CPLD；另外一个线程通过Jtag获取CPLD的信息，例如CPLD IDCode等。在线程1升级CPLD的过程中，此时线程2访问CPLD，线程2访问完成后直接把Jtag切换到底座上。紧接着到线程1继续升级CPLD，但是Jtag不是在BMC上，导致无法访问到CPLD，升级失败。

2 解决方案

这个问题很C++中常遇到的智能指针的问题如出一辙。当我们在堆上new创建一个对象实例后，其他的线程可能会使用到该对象指针，那么就不能在某个线程使用完后随意销毁。一般都会使用shared_ptr智能指针，shared_ptr有个成员变量是个原子变量，通过引用计数的方式来决定是否销毁shared_ptr所管理的指针。举一反三，我们也可以通过引用计数的方式来管理Jtag。引用计数是通过原子变量的自增和自减来表示使用和释放的，当引用计数大于0，则说明有线程正在使用，不可以切换Jtag；当引用计数等于0时，则说明当前没有现成在使用，可以把引用计数切换到底座上。

int cpld_jtag_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 自增1后返回旧值，旧值为0，则切换Jtag到BMC */
    if (atomic_fetch_add(1, &jtag_ref_cnt) == 0) {
        // printk("Set jtag mux to BMC now!");
        set_jtag_mux(SELECT_JTAG_TO_BMC);
    }
    return 0;
}

int cpld_jtag_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 自减后返回新值，新值为0，表示Jtag使用完成，切换Jtag到Connector */
    if(atomic_dec_and_test(&jtag_ref_cnt)) {
        // atomic_read(&jtag_ref_cnt);
        // printk("Select Jtag to connector, ref cnt: %d\n", jtag_ref_cnt.counter);
        set_jtag_mux(SELECT_JTAG_TO_CON);
    }
	return 0;
}

3 常用的原子变量操作

3.1 加操作

原型	说明	返回值
`void atomic_inc(atomic_t *v)`	自增`1`	无
`int atomic_inc_return(atomic_t *v)`	自增`1`	返回新值
`int atomic_fetch_inc(atomic_t *v)`	自增`1`	返回旧值
`void atomic_add(int i, atomic_t *v)`	自增`i`	无
`int atomic_add_return(int i, atomic_t *v)`	自增`i`	返回新值
`int atomic_fetch_add(int i, atomic_t *v)`	自增`i`	返回旧值

`bool atomic_inc_and_test(atomic_t *v)`	自增`1`	如果新值为0，返回`true`；否则返回`false`

`bool atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)`	自增`i`	如果新值为负数，返回`true`；否则返回`false`
`int atomic_fetch_add_unless(atomic_t *v, int a, int u)`	`unless`表示`if not`。如果旧值跟`u`不等，自增`a`，返回旧值；如果旧值等于`u`，只返回旧值，不会进行自增操作	返回旧值
`bool atomic_add_unless(atomic_t *v, int a, int u)`	如果旧值跟`u`不等，自增`a`，返回`true`；如果旧值等于`u`，返回旧值`false`，不会进行自增操作	表示是否进行了自增
`bool atomic_inc_not_zero(atomic_t *v)`	如果旧值不等于0，那么自增`1`，返回`true`；如果旧值等于0，返回`false`	表示是否进行了自增
`bool atomic_inc_unless_negative(atomic_t *v)`	如果旧值不是负数，那么自增`1`，返回`true`；如果旧值为负数，返回`false`	表示是否进行了自增

3.2 减操作

原型	说明	返回值
`void atomic_dec(atomic_t *v)`	自减`1`	无
`int atomic_dec_return(atomic_t *v)`	自减`1`	返回新值
`int atomic_fetch_dec(atomic_t *v)`
`void atomic_sub(int i, atomic_t *v)`	自减`i`	无
`int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v)`	自减`i`	返回新值
`int atomic_fetch_sub(int i, atomic_t *v)`	自减`i`	返回旧值
`bool atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)`	自减`i`	如果新值为0，返回`true`；否则返回`false`
`bool atomic_dec_and_test(atomic_t *v)`	自减`1`	如果新值为0，返回`true`；否则返回`false`

`bool atomic_dec_unless_positive(atomic_t *v)`	如果旧值不是正数(<=0)，那么自减`1`，返回`true`；如果旧值是正数(>0)，返回`false`	表示是否进行了自减操作

Reference

1 linux内核原子操作学习 - dolinux - 博客园

2 C语言引用计数 - zhangwju - 博客园

posted @ 2025-09-22 11:00 cockpunctual 阅读(5) 评论(0) 收藏举报

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