我看到过x86的INC指令不是原子操作。我的问题是为什么呢？假设我们在x86-64上增加一个64位整数，我们可以使用一条指令完成，因为INC指令适用于内存变量和寄存器。那么为什么它不是原子的呢？
我已经了解这个问题，INC指令本身是原子的，但是如果该操作涉及到多个处理器核心或线程，则可能会发生竞态条件，导致无法保证原子性。因此，需要使用锁或其他同步机制来确保原子性。
3个回答
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为什么呢？处理器核心仍需读取内存位置中存储的值，计算其增量，再将其存回。在读取和存储之间存在延迟，而此时可能会有其他操作影响了该内存位置。
即使采用乱序执行，处理器核心也足够“聪明”，不会引起自身指令的冲突，并且不会在时间间隙中负责修改该内存。然而，另一个核心可能已发出修改该位置的指令，DMA传输可能已影响到该位置，或者其他硬件以某种方式触及了该内存位置。
即使采用乱序执行，处理器核心也足够“聪明”，不会引起自身指令的冲突，并且不会在时间间隙中负责修改该内存。然而，另一个核心可能已发出修改该位置的指令，DMA传输可能已影响到该位置，或者其他硬件以某种方式触及了该内存位置。
- Kaganar
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3关于“另一个操作”的含义，您应该更加明确。当然，在同一CPU核上不可能发生其他任何操作，只能在其他核心/ CPU或在内存总线上进行其他硬件操作。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE
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现代 x86 处理器作为其执行管道的一部分，将 x86 指令“编译”成一个更低级别的操作集；英特尔称之为 uOps，AMD 称之为 rOps，但它归结为某些类型的单个 x86 指令会被 CPU 中实际的功能单元作为几个步骤执行。
这意味着，例如：
INC EAX
会被执行为一个单独的"mini-op"，比如uOp.inc eax（我称之为这个名字 - 它们不会被公开）。
对于其他的操作数，情况会有所不同，例如：
INC DWORD PTR [ EAX ]
但是底层的分解看起来更像：
uOp.load tmp_reg, [ EAX ]
uOp.inc tmp_reg
uOp.store [ EAX ], tmp_reg
因此，它不是原子执行的。另一方面，如果您通过说LOCK INC [ EAX ]来进行前缀，那么这将告诉流水线的“编译”阶段以不同的方式分解以确保满足原子性要求。
当然，其他人提到的原因是速度；如果不总是需要使某些内容具备原子性并且必然降低速度，为什么要这样做呢？
- FrankH.
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4“Mini-op”分解与原子性无关，因为单个CPU核心不能在指令执行过程中被打断。实际上，在单核机器上，没有锁前缀的“inc”操作是完全原子的。只有当其他核心（或更隐晦的情况下，总线上的其他硬件）可以访问内存时，锁前缀才是必要的。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE
1@R..：如果这样说，单核上的任何修改内存CPU操作都是原子的，无论如何完成。但即使是单核机器今天也不再是“单一”的了，因为总线主控DMA/内存总线与外围设备共享，确保缓存一致性和原子性问题的存在。始终存在多个内存总线客户端。因此，即使它们作为“单个”CPU指令的一部分发生，加载/存储在内存总线级别上也总是被分解的。必须断言原子性（独占内存总线访问）；CPU不能将修改内存作为加载/更改/存储执行，而必须用总线锁定/解锁括起来。 - FrankH.
1通常情况下，总线上没有其他设备会触及您程序的内存；这只是硬件驱动程序中才会发生的特殊情况。在大多数实际情况下，单核机器上的加载-修改-写入指令是原子性的，事实上，许多代码（包括Linux）在构建用于非SMP目标的代码时省略了锁定前缀，因为从历史上看，这样做更快，并且对于该使用情况来说是完全安全的。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE
2@R..：如果你说在单核机器上，没有使用
lock的非原子性对于需要同步原语的用例没有任何影响，那么我同意。但我不同意这使得“默认”是原子性 - 在单核上，你只是不需要原子性来进行同步。 - FrankH.1@FrankH.：
inc [mem] 对于同一核上的上下文切换是原子性的：整个指令在引发上下文切换的中断之前或之后执行。如果指令的某些但不是全部uop已经执行，则在进行中断时将取消所有uop，以保留与中断相关的原子性假象。只有MMIO设备或DMA读取可以观察到非原子性，而不是同一CPU上的其他代码。重要的是相对于哪些观察者的原子性，因为逻辑分析仪当然会看到单独的加载/存储（如果未缓存）。 - Peter Cordes显示剩余3条评论
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来自Agner Fog的软件优化资源：instruction_tables.pdf（1996-2017），你真的不需要保证原子操作，除非你需要它：
带有LOCK前缀的指令具有长延迟，这取决于缓存组织和可能的RAM速度。如果有多个处理器或核心或直接内存访问（DMA）设备，则所有锁定指令都将锁定一个缓存行以进行独占访问，这可能涉及RAM访问。即使在单处理器系统上，LOCK前缀的成本通常也超过一百个时钟周期。对于带有内存操作数的XCHG指令也是如此。
- Brett Hale
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2这些信息肯定已经过时了；在我测试的一台机器上，整个互斥锁/解锁周期不到90个周期，并涉及多个带锁前缀的操作和rdtsc开销。在两个rdtsc之间进行单个锁inc指令的测试中，我甚至无法测量它需要任何时间（与nop相同的时间）。在现代CPU上，除非内存当前与其他核心共享，否则似乎锁定前缀根本不会增加时间。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE
@R.. - x86-64自2003年以来就已经可用，因此这可能是一个笼统的说法。我想知道它对待处理中断/上下文切换会有什么影响。 - Brett Hale
3@R..好的，小于90和大于100并不相差太远 :-) - Gunther Piez
1那90纳秒包括：（1）rdtsc时间（可能是40纳秒，我忘记了确切的成本），（2）函数调用和返回开销，（3）一个但至少两个带锁前缀的指令（用于获取和释放锁）。项目（1）和（2）占据了大部分时间，剩下的（3）接近零... - R.. GitHub STOP HELPING ICE
instruction_tables.pdf中的这个通知已经很旧了。即使在http://www.agner.org/optimize/microarchitecture.pdf中，对于Nehalem也有：“*线程同步原语，例如LOCK XCHG指令，比以前的处理器快得多*”。只有在早期的共享总线型CPU中，LOCK才是总线的外部引脚并全局锁定内存；现代多核CPU具有集成内存控制器IMC和点对点插座通道（单插座也是如此），使用缓存一致性协议来执行原子操作，并且它是在缓存层次结构的某一层中完成的。哪一层呢？ - osgx
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inc和内存操作数并不是这种操作，至少默认情况下不是。 - harold