Sind x86-Ladungen und -Speicher atomar und wie stellt die CPU dies sicher?

Atomizität von Ladungen und Speichern auf x86

Die x86-Architektur bietet Atomizität für ausgerichtete Ladungen und Speicherungen von Daten bis zu 64 Bit. Dies bedeutet, dass diese Vorgänge garantiert als eine einzige, unteilbare Aktion ausgeführt werden, unabhängig von anderen Vorgängen, die möglicherweise gleichzeitig im System ausgeführt werden.

Wie die CPU Atomarität intern implementiert

Die CPU verarbeitet atomare Operationen intern mithilfe einer Kombination aus Hardware- und Softwaremechanismen. Bei ausgerichteten Lade- und Speichervorgängen stellt die CPU lediglich sicher, dass die Operation als einzelne, unteilbare Operation innerhalb der Cache-Hierarchie ausgeführt wird. Dies ist möglich, weil der Cache kohärent ist, was bedeutet, dass alle Kopien der Daten im Cache synchronisiert bleiben.

Für nicht ausgerichtete Lade- und Speichervorgänge oder für Lese-, Änderungs- und Schreibvorgänge muss möglicherweise die CPU verwendet werden zusätzliche Mechanismen zur Gewährleistung der Atomizität. Zu diesen Mechanismen können gehören:

• Cache-Sperre: Die CPU kann die Cache-Zeile sperren, die die Daten enthält, auf die zugegriffen wird, und so verhindern, dass andere Kerne die Daten ändern, während der atomare Vorgang läuft Fortschritt.
• Bussperre: Die CPU kann das LOCK#-Signal aktivieren, das verhindert, dass andere Busse während des Vorgangs auf den Speicherbus zugreifen Der atomare Betrieb ist im Gange.

Auswirkungen auf Software

Die von der x86-Architektur bereitgestellte Atomizität hat wichtige Auswirkungen auf das Softwaredesign. Dies bedeutet beispielsweise, dass Programmierer atomare Variablen verwenden können, um gemeinsam genutzte Daten vor gleichzeitigem Zugriff zu schützen, ohne auf Sperren oder andere Synchronisierungsmechanismen zurückgreifen zu müssen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Atomizität nicht garantiert, dass eine Der Vorgang wird sofort ausgeführt. Die CPU kann den Vorgang aus Leistungsgründen verzögern oder muss warten, bis andere Vorgänge abgeschlossen sind, bevor sie den atomaren Vorgang ausführen kann.

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