为什么具有顺序一致性的'std::atomic::store”在 x86 上使用 XCHG？

为什么具有顺序一致性的 std::atomic 存储使用 XCHG？

在原子内存操作的上下文中，std::atomic 提供了顺序一致性保证它的商店运营。这意味着使用 std::atomic::store 执行的任何写入对于在同一位置执行的任何后续内存操作都是可见的。

XCHG 与使用内存屏障的存储

的实现为了实现顺序一致性，std::atomic::store 通常在 x86 和 x86_64 架构上使用 XCHG 指令。该指令执行原子交换操作，其中存储在内存位置中的值被新值替换。

问题是为什么 XCHG 优于简单的存储操作和内存屏障。虽然普通存储可确保数据写入内存，但它不能保证写入对其他线程或处理器可见。内存屏障，例如 asm 易失性("" ::: "内存")，强制处理器刷新任何挂起的写入缓冲区并同步不同处理器之间的内存操作。

使用 XCHG

XCHG 被认为是在 std::atomic::store 中实现顺序一致性的合适选择有几个原因：

1. 原子性质： XCHG 是一个原子指令，这意味着它作为单个不可分割的操作执行。这确保了写入操作和前一个值的加载不会与其他处理器或线程发生任何交错。
2. 强内存屏障： XCHG 指令充当 x86 上的完整内存屏障架构。它强制处理器刷新其写入缓冲区并使内存位置的任何缓存副本无效。这保证了 XCHG 所做的任何更改对于所有后续内存操作都是可见的。
3. 性能注意事项：在某些 CPU（例如 Intel Skylake）上，使用 XCHG 实现顺序一致性可以优于使用 XCHG 实现顺序一致性。存储和内存屏障的组合。 XCHG 避免了与显式内存屏障相关的开销，减少了延迟并提高了性能。

替代方法

虽然 XCHG 是 std::atomic 中顺序一致性的常见实现选择： :store，还有可以使用的替代方法。一种选择是使用 MOV 指令，后接 MFENCE 指令。 MOV 执行常规存储操作，而 MFENCE 充当完整内存屏障。某些编译器在某些情况下会使用这种方法。

结论

总之，在 std::atomic::store 中使用 XCHG 实现顺序一致性提供了一种可靠且高效的方法，以确保写入操作在多个线程和处理器上可见且正确排序。

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