为什么x86的INC指令不是原子指令？[副本]

Question

我读过，x86的INC指令不是原子指令。我的问题是为什么会这样？假设我们在x86-64上递增一个64位整数，我们可以用一条指令来递增，因为INC指令同时处理内存变量和寄存器。那么为什么它不是原子的呢？

Answer 1

从Agner Fog的软件优化资源：指令表中，除非您需要，否则您真的不想要有保证的原子操作。pdf（1996-2017）：

带有锁前缀的指令具有很长的延迟，这取决于缓存组织和RAM速度。如果有多个处理器或内核或直接内存访问（DMA）设备，则所有锁定的指令将锁定缓存线以进行独占访问，这可能涉及RAM访问。即使在单处理器系统上，锁前缀通常也要花费100多个时钟周期。这也适用于带有内存操作数的XCHG指令。

Answer 2

现代x86处理器作为其执行管道的一部分，将x86指令“编译”成一组较低级别的操作；英特尔称这些为uOps，AMD rOps，但归结起来就是某些类型的单一x86指令由
这意味着，例如：

INC EAX

作为单个迷你操作执行，如uOp.inceax（让我这么称呼它——它们不公开）。
对于其他操作数，事情看起来会有所不同，比如：

INC DWORD PTR [ EAX ]

低级分解看起来更像：

uOp.load tmp_reg, [ EAX ]
uOp.inc tmp_reg
uOp.store [ EAX ], tmp_reg

因此，不会以原子方式执行。另一方面，如果您通过说LOCK INC[EAX]作为前缀，这将告诉管道的“编译”阶段以不同的方式进行分解，以确保满足原子性要求。

原因当然是其他人提到的——速度；如果不是总是需要，为什么要做原子的东西，而且一定要慢？

Answer 3

为什么会这样？处理器内核仍然需要读取存储在内存位置的值，计算其增量，然后将其存储回内存。在读取和存储之间存在延迟，同时另一个操作可能会影响该内存位置。

即使在无序执行的情况下，处理器内核也足够“聪明”，不会被自己的指令绊倒，也不会负责在时间间隔内修改内存。然而，另一个核心可能发出了修改该位置的指令，DMA传输可能影响了该位置，或者其他硬件以某种方式触及了该内存位置。