x86 加载和存储是原子的吗？CPU 如何确保这一点？

x86 上加载和存储的原子性

x86 架构为最多 64 位数据的对齐加载和存储提供原子性。这意味着，无论系统中可能同时发生任何其他操作，这些操作都保证作为单个、不可分割的操作发生。

CPU 如何在内部实现原子性

CPU 使用硬件和软件机制的组合在内部处理原子操作。对于对齐的加载和存储，CPU 只是确保该操作作为缓存层次结构中的单个、不可分割的操作执行。这是可能的，因为缓存是一致的，这意味着缓存中的所有数据副本都保持同步。

对于未对齐的加载和存储，或者对于读取-修改-写入操作，CPU 可能需要使用确保原子性的附加机制。这些机制可以包括：

• 缓存锁定：CPU 可以锁定包含正在访问的数据的缓存行，防止其他内核在原子操作期间修改数据。
• 总线锁定： CPU 可以置位 LOCK# 信号，防止其他总线访问内存总线

对软件的影响

x86 架构提供的原子性对于软件设计具有重要意义。例如，这意味着程序员可以使用原子变量来保护共享数据免遭并发访问，而不必求助于锁或其他同步机制。

但是需要注意的是，原子性并不能保证操作将立即发生。 CPU 可能会因为性能原因而延迟操作，或者可能需要等待其他操作完成才能执行原子操作。

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