CAS底层原理
這樣歸功于硬件指令集的發展,實際上,我們可以使用同步將這兩個操作變成原子的,但是這么做就沒有意義了。所以我們只能靠硬件來完成,硬件保證一個從語義上看起來需要多次操作的行為只通過一條處理器指令就能完成。這類指令常用的有:
1. 測試并設置(Tetst-and-Set)
2. 獲取并增加(Fetch-and-Increment)
3. 交換(Swap)
4. 比較并交換(Compare-and-Swap)
5. 加載鏈接/條件存儲(Load-Linked/Store-Conditional)
CPU 實現原子指令有2種方式:
1. 通過總線鎖定來保證原子性。
總線鎖定其實就是處理器使用了總線鎖,所謂總線鎖就是使用處理器提供的一個 LOCK# 信號,當一個處理器在總線上輸出此信號時,其他處理器的請求將被阻塞住,那么該處理器可以獨占共享內存。但是該方法成本太大。因此有了下面的方式。
2、通過緩存鎖定來保證原子性。
所謂 緩存鎖定 是指內存區域如果被緩存在處理器的緩存行中,并且在Lock 操作期間被鎖定,那么當他執行鎖操作寫回到內存時,處理器不在總線上聲言 LOCK# 信號,而時修改內部的內存地址,并允許他的緩存一致性機制來保證操作的原子性,因為緩存一致性機制會阻止同時修改兩個以上處理器緩存的內存區域數據(這里和 volatile 的可見性原理相同),當其他處理器回寫已被鎖定的緩存行的數據時,會使緩存行無效。
注意:有兩種情況下處理器不會使用緩存鎖定。
1. 當操作的數據不能被緩存在處理器內部,或操作的數據跨多個緩存行時,則處理器會調用總線鎖定。
2. 有些處理器不支持緩存鎖定,對于 Intel 486 和 Pentium 處理器,就是鎖定的內存區域在處理器的緩存行也會調用總線鎖定。
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總結
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