原子操作有多贵？

Question

我正在深入研究多线程编程，并考虑使用原子操作进行无锁引用计数。

很明显，原子操作可能比非原子操作慢，至少在不断的规模上。 我担心的是其他CPU同步来执行原子操作。

我想知道核心A上的原子操作执行是否（如果和多少）影响其他核心的性能：

1. 与核心A没有任何关系
2. 正在执行与核心A相同进程的不同线程
3. 正在执行原子操作
4. 正在执行原子操作并执行与核心A相同进程的不同线程
5. 正在执行任何与存储器相关的操作，即。 加载，存储，...
6. 正在执行与核心A相同的内存区域（缓存行，页面？）中的任何内存相关操作

Answer 1

许多人认为原子操作很便宜。 然而，它并非必然，因为原子操作是一种概括。 有三种基本类型的原子操作：

1. 原子保存
2. 原子载荷
3. Atomic CompareAndSet（递增/递减/等）

前两个通常或多或少便宜（或者，我们都知道，与英特尔的非原子朋友的成本完全相同）。 它们确实存在内存障碍，但障碍只与执行它们的CPU相关，并且CPU正在努力使障碍有效。 但是，第三个可能在竞争中并不那么便宜。 Atomic CAS和朋友实际上是在循环中进行操作，直到成功为止，因此在争用中可能需要很长时间才能执行操作。

Answer 2

我正在将原子读 - 修改 - 写操作与现代x86 CPU上相应的非原子操作进行比较。

与核心A没有任何关系

没有效果。

正在执行与核心A相同进程的不同线程

没有效果。

正在执行原子操作

没有效果。

正在执行原子操作并执行与核心A相同进程的不同线程

没有效果。

正在执行任何与存储器相关的操作，即。 加载，存储，...

没有效果。

正在执行与核心A相同的内存区域（缓存行，页面？）中的任何内存相关操作

高速缓存行必须由执行原子操作的核心（从在其高速缓存中具有它的任何其他核心窃取它）专门获取，并且在原子操作完成以缓存和交互之前不能被另一个核心访问。缓存流量使其同步，以便它在另一个核心中共享或独占。

原子操作的主要成本是执行原子指令的核心管道。 因为原子操作必须在一个明确定义的位置一次完成，所以它（大多数）不能与其他操作重叠。 对于超标量CPU而言，这是一个巨大的代价，它通过在处理的各个阶段保持大量指令来提高性能。