Multithreading CAS指令如何保证原子性

根据中国科学院的研究，中国科学院的工作如下：

function cas(p : pointer to int, old : int, new : int) returns bool {
    if *p ≠ old {
        return false
    }
    *p ← new
    return true
}

好吧，在我看来，如果几个处理器试图用相同的参数执行CAS指令，那么在同一时间可能会有几次写入尝试，所以无论如何这样做都不安全

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我错在哪里？

如果你读了维基，它会说CAS是你发布的代码的“以下伪代码的原子版本”。原子意味着代码将在没有其他线程中断的情况下执行。因此，即使多个线程试图使用相同的参数同时执行此代码（如您所建议的），其中只有一个线程将返回true，因为实际上它们不会同时执行，因为原子性要求它们独立运行

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由于您提到“x86不能保证非对齐DWORD写入的原子性”，这也不是一个问题，因为cas函数的原子属性。

同时来自多个核的原子读比较写指令确实会相互冲突，但这取决于硬件。在现代CPU中是真实存在的，它提供了一定程度的公平性，因此在

lock cmpxchg

上旋转的一个线程不能完全阻止其他线程执行相同的操作。（尽管这是一个糟糕的设计：最好在获取负载上旋转，并且只有在CAS成功时才进行）

无法保证它们发生的顺序，这就是为什么需要仔细设计算法，以便正确性只取决于比较和交换是原子的。（这是一个常见的陷阱）

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顺便说一句，整个伪代码块作为单个原子操作发生。对于硬件来说，将读-比较-写或读-修改-写作为单个原子操作进行要比存储困难得多，而MESIF/MOESI可以很好地处理存储

你确定吗？我认为这样做是不安全的，因为，例如，x86不能保证非对齐DWORD写入的原子性

lock cmpxchg

使操作原子化，而不考虑对齐方式。对于未对齐的缓存线，它可能会慢得多，尤其是在缓存线拆分时，在这种情况下，仅对单个缓存线进行原子化修改是不够的

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另请参见我在其中解释的操作原子化的含义。

只要清楚谁赢了，同时进行多个写入操作就不是问题。你们可能会想，为了安全起见，需要额外的处理。但是在ints的情况下，这没有问题。@Voo“同时进行多个写入不是问题”——你确定吗？我认为这样做是不安全的，因为，例如，x86不能保证非对齐数据的写入原子性，或者仅仅有

CMPXCHG

指令还不够？我应该用

LOCK

前缀来标记它吗？@frozenhart:如果你想让它成为原子的，你需要

LOCK

lock

对于带有内存操作数的

xchg

是隐式的，但对于任何其他指令都是隐式的。因此，

CAS

本身不足以提供原子性，因此我们也应该在它前面加上

lock

前缀。那么，像

CMPXCHG

这样的指令有什么意义呢？仅仅因为我们一次只能锁定一条指令？使用诸如没有前缀的指令（如

cmpxchg

）至少在两种情况下是有用的：（1）在单CPU系统上，可以删除锁定前缀，至少在诸如DMA或其他在同一宏上竞争的非CPU代理等模糊情况之外。单CPU构建（即CONFIG_SMP=n）就是一个很好的例子-大多数原子操作隐藏在宏后面，当SMP被禁用时，宏可以简单地省略

lock

前缀。如果没有

lock

前缀，在遇到中断时仍然可以使用指令原子性，这正是您所需要的。@BeeOnRope:这一点很好。Linux实际上比这走得更远：在UP系统上引导SMP内核实际上是将

lock

前缀补丁到

0x90

NOP中所有在UP上不需要它的地方。如果禁用抢占，它还会修补一些锁定/解锁代码。（IIRC，内核日志消息是

修补SMP备选方案

或其他内容）。关于在教学水平上具有原子性的极好观点；我可以看出非锁定的CMPXCHG实际上是如何有用的，就像这样。