从硬件角度来说，原子操作如何保证一致性？

Question

1. 据我所知，原子指令确保在执行时，没有其他线程可以修改该数据（就像关键部分一样）。我说得对吗？
2. 这在硬件上是如何实现的？
3. 硬件如何保证这一点？（硬件内部是否生成三个微指令：解锁，修改，锁定？）
4. 仅使用互斥锁与使用原子指令之间有什么区别？唯一的区别是指令数量吗（原子指令为 1 条指令，普通互斥锁为多条指令）？
5. 指令数量的差异（1 与多）是否能保证正确性（如使用互斥锁）和一致性？

Answer 1

细节很复杂；在单个处理器中，在微代码级别实现一些等效的“锁定、修改、解锁”功能或其他技术就足够简单了。

一旦你有多个处理器，这个问题就变得复杂了，尤其是考虑到缓存的影响。协议如下微星及其衍生品梅西，莫西，莫伊西，在现代英特尔处理器中支持这一点。

维基百科对此有很好的总结缓存一致性也一样。

至于互斥锁与原子指令：互斥锁或多或少是一种协议，即使用一个内存位以原子方式允许一个人将其设置为特定状态。这意味着它可以使用原子操作来保护非原子操作 - 双方同意的协议，假装您可以在比实际更大的范围内实现原子操作。

Answer 2

在大多数现代 CPU 上，原子操作的工作原理是将受影响的内存地址锁定在 CPU 的缓存中。CPU 在其缓存中独占获取内存地址，然后在操作完成之前不允许任何其他 CPU 获取或共享该地址。