原子操作有多昂贵？

Question

我正在深入研究多线程编程，并考虑使用原子操作进行无锁引用计数。

很明显，原子操作可能比非原子操作慢，至少在恒定的范围内。我担心的是其他CPU同步来执行原子操作。

我想知道在核心A上执行原子操作(如果和多少)是否会影响其他核心的性能，这些核心：

1. 与核心A无关
2. 正在执行与核心A相同进程的不同线程。
3. 正在执行原子操作
4. 正在执行原子操作，并且正在执行与核心A相同进程的不同线程。
5. 正在执行任何与内存相关的操作，即。装载，储存，..。
6. 是否在同一内存区域(缓存行、页)执行任何与内存相关的操作？作为核心A

Answer 1

许多人认为原子操作很便宜。然而，由于原子操作是一种推广，所以它不一定是正确的。原子操作有三种基本类型：

1. 原子保存
2. 原子负载
3. 原子CompareAndSet (增量/递减/等)

前两者通常都比较便宜(或者，我们都知道，它们的成本与英特尔上的非原子朋友完全一样)。它们确实设置了内存屏障，但这些障碍只与执行它们的CPU相关，CPU正在努力提高屏障的效率。然而，在争论中，第三种可能并不便宜。原子CAS和朋友实际上在循环中执行操作，直到成功为止，因此在争用时执行操作可能需要大量时间。

Answer 2

我将原子读-修改-写入操作与现代x86 CPU上相应的非原子操作进行比较。

与核心A无关

没有效果。

正在执行与核心A相同进程的不同线程。

没有效果。

正在执行原子操作

没有效果。

正在执行原子操作，并且正在执行与核心A相同进程的不同线程。

没有效果。

正在执行任何与内存相关的操作，即。装载，储存，..。

没有效果。

是否在同一内存区域(缓存行、页)执行任何与内存相关的操作？作为核心A

高速缓存行必须由执行原子操作的核心独占获取(从缓存中包含它的任何其他核心窃取它)，并且在原子操作完成缓存之前不能被另一个核心访问，并且缓存间通信将同步，以便在另一个核心中共享或独占。

原子操作的主要成本是执行原子指令的核心管道。因为原子操作必须同时在一个定义良好的地方进行，所以它(大部分)不能与其他操作重叠。这对超标量CPU来说是一个巨大的损失，它通过在处理的各个阶段保持大量指令来获得性能。