Como uma operação atômica garante a consistência de uma perspectiva de hardware?

Question

1. Até onde eu sei, uma instrução atômica garante que, quando executada, nenhum outro encadeamento possa modificar esses dados (assim como uma seção crítica). Estou correto?
2. Como isso é implementado em hardware?
3. Como o hardware garante isso? (O hardware gera três microinstruções internamente: desbloqueia, modifica e bloqueia?)
4. Qual é a diferença entre usar apenas um mutex versus uma instrução atômica? A única diferença é o número de instruções (1 instrução para atômica, múltiplas instruções para um mutex normal)?
5. A diferença de número de instruções (1 vs. muitos) garante correção (como usar um mutex) e consistência?

Answer 1

Os detalhes são complexos; em um único processador, é simples o suficiente para implementar algum equivalente de "bloquear, modificar, desbloquear" no nível do microcódigo - ou outras técnicas.

Depois de ter vários processadores, o assunto fica complexo, especialmente em vista dos efeitos de cache. Protocolos como MSI e derivados MESI , MOSI , MOESI , de volta isso em processadores Intel modernos.

A WikiPedia tem um bom resumo em Coerência de cache também.

Quanto a um mutex vs uma instrução atômica: um mutex é, mais ou menos, um acordo de que um bit de memória será usado para atomicamente permitir que uma e apenas uma pessoa o configure para um estado específico. Isso significa que ele pode usar operações atômicas para proteger operações não-atômicas - um protocolo que é concordado por ambos os lados, para fingir que você pode ser atômico em uma escala maior do que você realmente pode.

    

Answer 2

Na maioria das CPUs modernas, uma operação atômica funciona bloqueando o endereço da memória afetada no cache da CPU. A CPU adquire o endereço de memória exclusivamente em seu cache e não permite que qualquer outra CPU adquira ou compartilhe esse endereço até que a operação seja concluída.