原子操作需要硬件支持？

Question

最近在阅读有关无锁编程的内容时，我遇到了“原子操作”。我开始深入研究它。所有链接都说明了如何编写原子操作及其用法。

不过，我正在寻找有关原子操作的一些详细信息。

1. 原子操作是否需要任何硬件功能？
2. 语言是否为它提供 API？如果是，如何实现原子 API？
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

原子操作是否需要任何硬件功能？

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（前缀或具有其他助记符），但有些指令可能是“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。

语言是否为它提供 API？如果是，原子 API 是如何实现的？

当然，看看 C++ 实现的例子：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。有多种库和数据结构利用原子操作。

搜索的关键字是“无锁”或“非阻塞”。这是一个例子：https://en.wikipedia.org/wiki/Non-blocking_linked_list

Answer 2

原子操作是否需要任何硬件功能。

在实践中，是的。原则上，C++（阅读n3337）或C（阅读n1570）标准甚至不需要像我们使用的那样的计算机（理论上和不道德的，你可以使用一堆人类奴隶来代替；一个更好的变体是一位老师使用他课堂上的学生来“运行”一个小型 C 或 C++ 程序；这是一种非常好的编程教学方法）。

另请参阅我的this 和that 答案（与您的问题类似）。