原子(atomic)本意是”不能被進(jìn)一步分割的最小粒子”,而原子操作(atomic operation)意為”不可被中斷的一個(gè)或一系列操作”.

處理器如何實(shí)現(xiàn)原子操作

(1)?使用總線鎖保證原子性

如果多個(gè)處理器同時(shí)對(duì)共享變量進(jìn)行讀寫操作,那么共享變量就會(huì)被多個(gè)處理器同時(shí)進(jìn)行操作,這樣讀寫操作就不是原子的,操作完之后共享變量的值會(huì)和期望的不一致.

所謂總線鎖就是使用處理器提供的一個(gè)LOCK#信號(hào),當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出次信號(hào)時(shí),其他處理器的請(qǐng)求將被阻塞住,那么該處理器可以獨(dú)占共享內(nèi)存.

在x86 平臺(tái)上，CPU提供了在指令執(zhí)行期間對(duì)總線加鎖的手段。CPU芯片上有一條引線#HLOCK pin，如果匯編語(yǔ)言的程序中在一條指令前面加上前綴"LOCK"，經(jīng)過(guò)匯編以后的機(jī)器代碼就使CPU在執(zhí)行這條指令的時(shí)候把#HLOCK pin的電位拉低，持續(xù)到這條指令結(jié)束時(shí)放開，從而把總線鎖住，這樣同一總線上別的CPU就暫時(shí)不能通過(guò)總線訪問(wèn)內(nèi)存了，保證了這條指令在多處理器環(huán)境中的。

(2)?使用緩存鎖保證原子性

通過(guò)緩存鎖定保證原子性。在同一時(shí)刻我們只需保證對(duì)某個(gè)內(nèi)存地址的操作是原子性即可，但總線鎖定把CPU和內(nèi)存之間通信鎖住了，這使得鎖定期間，其他處理器不能操作其他內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)，所以總線鎖定的開銷比較大。

所謂“緩存鎖定”就是如果緩存在處理器緩存行中內(nèi)存區(qū)域在LOCK操作期間被鎖定，當(dāng)它執(zhí)行鎖操作回寫內(nèi)存時(shí)，處理器不在總線上聲言LOCK＃信號(hào)，而是修改內(nèi)部的內(nèi)存地址，并允許它的緩存一致性機(jī)制來(lái)保證操作的原子性，因?yàn)榫彺嬉恢滦詸C(jī)制會(huì)阻止同時(shí)修改被兩個(gè)以上處理器緩存的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)，當(dāng)其他處理器回寫已被鎖定的緩存行的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)起緩存行無(wú)效。

但是有兩種情況下處理器不會(huì)使用緩存鎖定。第一種情況是：當(dāng)操作的數(shù)據(jù)不能被緩存在處理器內(nèi)部，或操作的數(shù)據(jù)跨多個(gè)緩存行（cache line），則處理器會(huì)調(diào)用總線鎖定。第二種情況是：有些處理器不支持緩存鎖定。對(duì)于Inter486和奔騰處理器,就算鎖定的內(nèi)存區(qū)域在處理器的緩存行中也會(huì)調(diào)用總線鎖定。

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轉(zhuǎn)載：https://www.cnblogs.com/zhanghu52030/p/9167014.html

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總結(jié)

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