在X86处理器上是否可能进行原子加载和存储操作？

Question

这能够以原子方式完成吗？

void load_and_store(int* dst, int* src) {
  int data = *src;
  *dst = data;
}

如果必须使用XCHG [addr], EAX进行原子存储，则必须先将数据加载到EAX中。然后，加载和存储就不是原子操作了。

gcc原子扩展具有void __atomic_store (type *ptr, type *val, int memmodel)，看起来能够同时原子地执行加载和存储。

- woodings

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这与 *dst = *src; 有什么不同吗？ - Mark B

*dst = *src 不是原子操作。 - woodings

@MarkB，也许我的问题有点令人困惑。我想知道是否有一种CPU指令，可以以原子方式执行C++函数中的相同操作。 - woodings

看过 CompareAndSwap() 吗？ - brian beuning

Answer 1

我不相信x86有任何一条指令可以同时对不同地址进行原子性的读取和存储。(我不确定其他架构是否有这样的指令，但我认为很少，甚至没有，因为这没有任何实用价值且代价高昂。)

x86 (和x86_64) 有许多指令可以执行原子读-修改-写操作，但只能针对单个内存位置。例如，BTS 可以执行测试并设置操作，XCHG 可以交换寄存器中的值和内存位置中的值，XADD 可以执行原子递增，CMPXCHG 可以执行比较和交换操作。这些指令默认情况下都不是原子性的，但可以通过在汇编指令前添加 LOCK 前缀使其成为原子性的。

gnu的__atomic_store(type *ptr, type *val, int memmodel)并不是你想象的那样。请参见http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/_005f_005fatomic-Builtins.html。它的作用是将val加载到寄存器中（或者其他一些操作（实际上没有定义它对val进行了什么操作）），然后原子性地将值存储到由ptr给出的内存位置。

在x86上，对于32位及以下的值，对齐的加载和存储默认是原子性的。

但是除非必须使用gnu内置函数，否则不应该使用它们。而应该使用--std=c++11标志，然后使用C++ atomics。

- Wandering Logic

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在x86-64上，“单个内存位置”可以有多大？是64位还是32位？ - Jay

在x86-64中，对齐的8位、16位、32位和64位加载和存储是原子性的。 - Wandering Logic

未对齐的16位、32位和64位加载和存储可能不是原子操作。 - Wandering Logic

还有一个cmpxchg16b指令，可以处理128位对齐的比特。我不知道是否还有其他指令可以原子地处理超过64位的宽度。 - Wandering Logic