x86 架構上如何保證載入和儲存的原子性？

x86 上載入和儲存的原子性

記憶體上的原子操作不需要直接在RAM 上執行，因為只要滿足以下條件，它們就可以在緩存中執行：所有觀察者都將它們視為原子。核心之間快取的一致性確保了 DMA 操作也遵循這種原子性。

原子性的實現

對於最多64 位元的對齊載入或存儲，原子性為當操作在系統的資料路徑（包括核心、記憶體和PCIe之間）內完成時，實現了「免費」。這意味著 CPU 硬體可以保證操作的原子性，無需任何額外的硬體或阻塞其他要求。

Cache 中的原子操作

修改L1 快取原子性足以實現原子性，因為任何其他核心或 DMA 存取都會觀察到單一操作的變化。由於無序執行，此修改可能會晚於初始儲存發生。

未對齊存取

除了效能最佳化之外，跨快取行邊界存取資料可能導致非原子行為。在 x86 上，最多 8 個位元組的對齊存取是原子的，這意味著即使資料路徑較窄，整個快取行（通常為 64B）也會以原子方式傳輸。然而，更廣泛的訪問需要鎖來防止並發訪問。

原子讀-修改-寫

原子讀-修改-寫操作帶來了更大的挑戰。為了保持原子性，核心必須將快取行維持在已修改狀態，並在操作進行時阻止外部修改。對於未對齊的操作，可能需要總線鎖以確保其他核心以原子方式觀察到變更。

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