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17 1 月 2021

Lock 指令到底有什么用？

Lock 指令到底有什么用？

資深大佬 : Orlion 0

最近在看原子操作的原理，得知是通过 Lock 指令保证了内存读写原子性，其原理是

  • CPU 保证 Lock 后缀后跟的指令原子性
  • 老 CPU 上通过锁总线来保证可见性
  • 新 CPU 上如果数据存在于 cpu cache 上时通过 MESI 协议来实现可见性，否则还是锁总线

对此我产生了几个问题：

  1. 难道不声明 Lock CPU 就不通过 MESI 协议保证 cache 一致性吗？我觉得不是, https://strikefreedom.top/cpu-caches-theory-and-application 这篇文章的 demo 中并没有声明 Lock 指令，但仍然出现了缓存失效。
  2. 是不是除了 cpu cache 外还有 store buffer 和 invalid queue 会影响可见性，所以 CPU 只能保证 cache 的一致性但保证不了其他硬件缓存层面的一致性，所以还是需要 Lock 指令？
大佬有話說 (7)

  • 資深大佬 : Jooooooooo

    MESI 我理解保证的是 L1, L2 cache 上的一致性吧, 对于 cpu 寄存器中的值不保证.

  • 主 資深大佬 : Orlion

    @Jooooooooo lock 与寄存器无关

  • 資深大佬 : yzbythesea

    Lock 是一个 prefix，就是指定接下来的 instruction 一定是原子操作的。Lock 只能和极少数指令一起使用，通常是 read-modify-write，比如 INCL(i)，就是 i = i + 1 。在 Lock 指令执行的时候，CPU 对于这个 cache line 有绝对控制权，不会共享给其他 CPU 。你不用 Lock，CPU 不会保证该 cache line 只有他能用。

  • 主 資深大佬 : Orlion

    @yzbythesea CPU 操作 L3 cache 上同一个 cacheline 同一位置数据，不加 Lock 就不是原子的，这样理解吗？如果不加 Lock 也是原子的，那 CPU 没必要锁吧

  • 資深大佬 : yzbythesea

    是啊 cache 都是 CPU 共享的 除非你是单核

  • 資深大佬 : yzbythesea

    这个要看你是什么操作 比如 读，肯定是原子啊，所以 Lock 不能用于这个指令

  • 主 資深大佬 : Orlion

    @yzbythesea 感谢提醒，突然意识到了