操作系统之原子操作

素颜马尾好姑娘i 2022-12-27 08:17 214阅读 0赞

原子操作是指不会被**线程调度机制**打断的操作；*原子操作*(atomic operation)是不需要同步（synchronized）

这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何线程切换。

# 定义 #

如果这个操作所处的层(layer)的更高层不能发现其内部实现与结构，那么这个操作是一个原子(atomic)操作。

原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其**顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分**。将整个操作视作**一个整体**是原子性的核心特征。

在[多进程][Link 1]（[线程][Link 2]）访问共享资源时，能够确保所有其他的进程（线程）都不在同一时间内访问相同的资源。

首先处理器会自动保证基本的内存操作的原子性。处理器保证从系统内存当中读取或者写入一个字节是原子的，意思是当一个处理器读取一个字节时，其他处理器不能访问这个字节的内存地址。

**原子性不可能由软件单独保证--必须需要硬件的支持，因此是和架构相关的。**

**在x86 平台上，CPU提供了在指令执行期间对**总线加锁的手段。CPU芯片上有一条引线\#HLOCK pin，如果汇编语言的程序中在一条指令前面加上前缀"LOCK"，经过汇编以后的机器代码就使CPU在执行这条指令的时候把\#HLOCK pin的电位拉低，持续到这条指令结束时放开，从而把总线锁住，这样同一总线上别的CPU就暂时不能通过总线访问内存了，保证了这条指令在多处理器环境中的原子性。

原子操作大部分使用汇编语言实现，因为c语言并不能实现这样的操作。

例题：

> 以下多线程对int型变量x的操作，哪几个需要进行同步：（ABC）
> 
> A. x=y; B. x++; C. ++x; D. x=1;

*  （1）很显然，**x=1是原子操作**。因为x是int类型，32位CPU上int占32位，在X86上由硬件直接提供了原子性支持。实际上不管有多少个线程同时执行类似x=1这样的赋值语句，x的值最终还是被赋的值（而不会出现例如某个线程只更新了x的低16位然后被阻塞，另一个线程紧接着又更新了x的低24位然后又被阻塞，从而出现x的值被损坏了的情况）。
 *  （2）**x++和++x不是原子操作**。其实类似x++, x+=2, ++x这样的操作在多线程环境下是需要同步的。因为X86会按三条指令的形式来处理这种语句：从内存中读x的值到寄存器中，对寄存器加1，再把新值写回x 所处的内存地址。
 *  3）x=y**不是原子操作**。在X86上它包含两个操作：读取y至寄存器，再把该值写入x。读y的值这个操作本身是原子的，把值写入x也是原子的，但是两者合起来是不是原子操作呢？我个人认为x=y不是原子操作，因为它**不是不可再分的操作**。

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