CAS指令如何保证原子性

Question

根据Wiki，CAS 做这样的事情：

function cas(p : pointer to int, old : int, new : int) returns bool {
    if *p ? old {
        return false
    }
    *p ? new
    return true
}

好吧，在我看来，如果多个处理器将尝试使用相同的参数执行 CAS 指令，则可能会同时进行多次写入尝试，因此无论如何这样做都不安全。

我哪里错了？

Answer 1

同时来自多个内核的原子读-比较-写指令确实会相互竞争，但这取决于硬件来解决这个问题。 原子 RMW 指令的硬件仲裁在现代 CPU 中是真实存在的，它提供了一定程度的公平性，因此一个线程旋转lock cmpxchg不能完全阻止其他线程做同样的事情。（虽然这是一个糟糕的设计：最好在获取负载上旋转，并且只有在成功时才执行 CAS）

无法保证它们发生的顺序，这就是为什么您需要仔细设计算法，以便正确性仅取决于比较和交换的原子性。（ABA 问题是一个常见的陷阱）。

顺便说一句，整个伪代码块作为单个原子操作发生。对于硬件来说，将读-比较-写或读-修改-写作为单个原子操作进行要困难得多，而不仅仅是存储，MESIF/MOESI 处理得很好。

你确定吗？我认为这样做是不安全的，因为例如，x86 不保证非对齐 DWORD 的写入原子性

lock cmpxchg无论对齐如何，都使操作具有原子性。对于未对齐，它可能会慢很多，特别是在缓存行拆分时，原子修改单个缓存行是不够的。

另请参阅x86上的原子性，其中我解释了操作是原子性的含义。