学了手内核的位运算（1）：test_and_set_bit

我一直都对位运算感兴趣，但凡最小的bit都能干一件大事，比如最多见的“存放一种状态”。
果然瘦子都比胖子灵活，就连计算机也没有例外，位运算巧妙的用着计算机的与门、或门、非门和异或等简单操作，就将空间开销拉到了最低。

碰巧正研究着kernel的网络协议栈，看到了中间也参杂着不少的位运算函数，所以仗着捣鼓TCP的机会，学习下内核的一些位运算机制。一是学到点自己感兴趣的东西，二是以后再遇到，自然可以相视一笑。

此外，内核的位运算实现大多都是原子操作，这让这些位运算函数被广泛用于内核的各个地方。

写到这，回想下，自己熟悉的原子操作只是操作系统“锁”和“信号量”的PV原子操作，惊！！！

test_and_set_bit函数在内核中很常见，最近一次看见是在 “TCP-TSQ机制” 中，socket被用户持有,还没有被释放，tcp_tsq_handler函数将暂停当前的数据流程，等待控制流程的结束，当前socket会被打上TCP_TSQ_DERFERRED延迟标识，用的正是test_and_set_bit。

test_and_set_bit最多的用途就是“存放一种状态”。

位运算test_and_set_bit的本质

test_and_set_bit函数的机制是设置addr指针所指向对象的第nr位，并返回原先nr位上的值。

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/**
 * test_and_set_bit - Set a bit and return its old value
 * @nr: Bit to set
 * @addr: Address to count from
 */
static inline int test_and_set_bit(int nr, unsigned long *addr) 
{
	// BIT掩码
	unsigned long mask = BIT_MASK(nr);
	// 原addr地址
	unsigned long *p = ((unsigned long *)addr) + BIT_WORD(nr);
	unsigned long old;
	old = *p;
	// 原地址和掩码的或——1/0置1，1/1置0
	*p = old | mask;
	// 原地址和掩码的与——1/1置1，1/0置0，即返回原值
	//语句亦可用return old & mask;
	return (old & mask) != 0;
}

test_and_set_bit 用地址和bit位掩码就搞定，光看代码还犯嘀咕，我下面再来张图。

应该很清楚了，没有太多复杂的调度，一切都那么直观，而内核也一直是这么做的。

至于BIT_MASK(nr)，BIT_WORD(nr)我特意去内核源码找了下，翻出来给大家看看。

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/* 宏运算
* BIT_PER_LONG是long类型的位长度
* 那么BIT_MASK很清楚是nr位的置1
* BIT_WORD是位和BIT_PER_LONG的余数，往往BIT_WORD(nr)是0
*/
#define BIT_MASK(nr)		(UL(1) << ((nr) % BITS_PER_LONG))
#define BIT_WORD(nr)		((nr) / BITS_PER_LONG)

好了，就先到这里，“肥西”有点小情绪了，我得花点时间去照顾我的猫了。

最后

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