處理器如何實現原子操作

（1）使用匯流排鎖保證原子性

第一個機制是通過匯流排鎖保證原子性。如果多個處理器同時對共享變數進行讀改寫操作（i++就是經典的讀改寫操作），那麼共享變數就會被多個處理器同時進行操作，這樣讀改寫操作就不是原子的，操作完之後共享變數的值會和期望的不一致;處理器使用匯流排鎖就是來解決這個問題的。所謂匯流排鎖就是使用處理器提供的一個LOCK＃訊號，當一個處理器在總線上輸出此訊號時，其他處理器的請求將被阻塞住，那麼該處理器可以獨佔共享記憶體。

（2）使用快取鎖保證原子性

第二個機制是通過快取鎖定來保證原子性。在同一時刻，我們只需保證對某個記憶體地址的操作是原子性即可，但匯流排鎖定把CPU和記憶體之間的通訊鎖住了，這使得鎖定期間，其他處理器不能操作其他記憶體地址的資料，所以匯流排鎖定的開銷比較大，目前處理器在某些場合下使用快取鎖定代替匯流排鎖定來進行優化。頻繁使用的記憶體會快取在處理器的L1、L2和L3快取記憶體裡，那麼原子操作就可以直接在處理器內部快取中進行，並不需要宣告匯流排鎖，使用“快取鎖定”的方式來實現複雜的原子性。所謂“快取鎖定”是指記憶體區域如果被快取在處理器的快取行中，並且在Lock操作期間被鎖定，那麼當它執行鎖操作回寫到記憶體時，處理器不在總線上聲言LOCK＃訊號，而是修改內部的記憶體地址，並允許它的快取一致性機制來保證操作的原子性，因為快取一致性機制會阻止同時修改由兩個以上處理器快取的記憶體區域資料，當其他處理器回寫已被鎖定的快取行的資料時，會使快取行無效

但是有兩種情況下處理器不會使用快取鎖定。

第一種情況是：當操作的資料不能被快取在處理器內部，或操作的資料跨多個快取行（cache line）時，則處理器會呼叫匯流排鎖定。

第二種情況是：有些處理器不支援快取鎖定。