原子操作需要硬件支持吗？

Question

最近在阅读无锁编程时，遇到了“原子操作”。我开始深入研究它。所有链接都解释了如何编写原子操作及其用法。

但是，我正在寻找有关原子操作的一些细节。

1. 原子操作需要任何硬件能力吗？
2. 语言是否提供API？如果是，原子 API 是如何实现的？
3. 这些仅限于内核空间编程，还是也可用于用户空间编程？

Answer 1

原子操作需要任何硬件能力吗？

当然，CPU 保证它们的某些指令是原子的。其中一些指令是“特殊的”，即与其他指令不同（带前缀或具有其他助记符），但某些指令可能是“正常的”。例如，对齐的存储和加载在大多数 CPU 上保证是原子的。

语言是否提供API？如果是，原子 API 是如何实现的？

当然，看看 C++ 实现的示例：https://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic

这些仅限于内核空间编程，还是也可用于用户空间编程？

当然，这些指令不需要任何权限，因此它们可用于用户空间。有多种利用原子操作的库和数据结构。

搜索的关键词是“无锁”或“非阻塞”。这是一个示例：https://en.wikipedia.org/wiki/Non-blocking_linked_list

Answer 2

原子操作需要任何硬件能力吗？

实际上，是的。原则上，C++（读作n3337）或C（读作n1570）标准甚至不需要像我们正在使用的那样的计算机（从理论上讲，你可以使用一群人类奴隶来代替，这是不道德的；一个更好的变体是老师让课堂上的学生“运行”一个小型的 C 或 C++ 程序；这是一种非常好的编程教学方式）。

另请参阅我的 this 和 that 答案（与您的问题类似的问题）。