x86 架构上如何保证加载和存储的原子性？

x86 上加载和存储的原子性

内存上的原子操作不需要直接在 RAM 上执行，因为只要满足以下条件，它们就可以在缓存中执行：所有观察者都将它们视为原子。内核之间缓存的一致性确保了 DMA 操作也遵循这种原子性。

原子性的实现

对于最多 64 位的对齐加载或存储，原子性为当操作在系统的数据路径（包括内核、内存和 PCIe 之间）内完成时，实现了“免费”。这意味着 CPU 硬件可以保证操作的原子性，无需任何额外的硬件或阻塞其他请求。

Cache 中的原子操作

修改L1 缓存原子性足以实现原子性，因为任何其他核心或 DMA 访问都将观察到单个操作的变化。由于无序执行，此修改可能会晚于初始存储发生。

未对齐访问

除了性能优化之外，跨缓存行边界访问数据可能导致非原子行为。在 x86 上，最多 8 字节的对齐访问是原子的，这意味着即使数据路径较窄，整个缓存行（通常为 64B）也会以原子方式传输。然而，更广泛的访问需要锁来防止并发访问。

原子读-修改-写

原子读-修改-写操作带来了更大的挑战。为了保持原子性，核心必须将缓存行维持在已修改状态，并在操作进行时阻止外部修改。对于未对齐的操作，可能需要总线锁以确保其他核心以原子方式观察到更改。

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