如何将非原子操作转换为原子操作？

Question

我试图理解原子的和非原子的operations.With与操作系统的关系，以及C.，根据维基百科的这里页面

考虑一个简单的计数器，不同的进程可以增加它。

非原子

天真的、非原子的实现：

读取存储器位置中的值；

在价值上增加一个；

将新值写入内存位置。

现在，假设两个进程正在运行增量单个共享内存位置：

第一进程读取存储器位置中的值；

第一个过程增加一个值；

但是，在将新值写回内存位置之前，它被挂起，第二个进程允许运行：

第二进程读取存储器位置中的值，与第一进程读取的值相同；

第二个过程增加了一个值；

第二个进程将新值写入内存位置。

如何才能使上述操作成为无表情操作。我对原子操作的理解是，任何不间断地执行的东西都是原子的。所以，例如

int b=1000;
  b+=1000;

按照我的理解，应该是一个原子操作，因为两个指令都不间断地执行，我是如何从某个人那里学到的，在C中没有什么叫做原子操作，所以上面的这两个语句都是非原子的。所以，我想要理解的是，在编程语言方面，什么是原子性与操作系统不同？

Answer 1

int b = 1000;
b+=1000;

在指令级别转换为多个语句。至少，准备一个寄存器或内存，分配1000，然后获取该寄存器/内存的内容，将1000添加到内容，并将新的值(2000)重新分配到该寄存器。在没有锁定的情况下，操作系统可以在该操作的任何点挂起进程/线程。此外，在multiproc系统上，当您的操作正在进行时，不同的处理器可以访问该内存(在本例中不是寄存器)。

当您采取锁定(这是您将如何使这个原子)，您是，在一定程度上，通知操作系统，它是不可以挂起这个进程/线程，这个内存不应该被其他进程访问。

现在，编译器可能会将上面的代码优化为简单的将2000赋值到b的内存位置，但为了这个答案，我忽略了这一点。

Answer 2

C99没有任何方法使变量与其他线程相关的原子化。C99没有多个执行线程的概念。因此，您需要使用特定于编译器的扩展和/或CPU级指令来实现原子性。

下一个C标准，目前称为C1x，将包括原子操作。

即使如此，仅仅原子性只是保证一个操作是原子的，它并不保证当该操作对其他CPU可见时。为了实现可见性保证，在C99中，您需要研究CPU的内存模型，并可能使用一种特殊的CPU指令，称为栅栏或内存屏障。您还需要使用特定于编译器的编译器屏障将其告知编译器。C1x定义了几个内存顺序，当您使用原子操作时，您可以决定使用哪个内存顺序。

下面是一些例子：

/* NOT atomic */
b += 1000;

/* GCC-extension, only in newish GCCs 
 *   requirements on b's loads are CPU-specific
 */
__sync_add_and_fetch(&b, 1000);

/* GCC-extension + x86-assembly, 
 *   b should be aligned to its size (natural alignment), 
 *   or loads will not be atomic
 */
__asm__ __volatile__("lock add $1000, %0" : "+r"(b));


/* C1x */
#include <stdatomic.h>
atomic_int b = ATOMIC_INIT(1000);
int r = atomic_fetch_add(&b, 1000) + 1000;

所有这些看起来都很复杂，所以你通常应该坚持互斥，这会让事情变得更简单。

Answer 3

b+=1000在我所知道的所有系统上编译成多个指令。因此，它不是原子的。

即使是b=1000也可以是非原子的，尽管您必须努力构建一个不属于原子的情况。

实际上，C没有线程的概念，所以在C中没有什么是原子的，您需要依赖编译器和工具的具体实现细节。