【翻译】InterlockedIncrement内部是如何实现的？

    Interlocked系列函数可以对内存进行原子操作，它是如何实现的？

    它的实现依赖于底层的CPU架构。对于某些CPU来说，这很简单，例如x86可以通过LOCK前缀直接支持Interlocked操作（有一个额外的特性就是XCHG指令总是隐式包含了LOCK前缀）。IA64和x64也直接支持原子的load-modify-store操作。

    其它的多数CPU架构把这个操作分成两部分，被称为Load-link/store-conditional。第一部分（load-link）从指定内存地址读取一个值，并且处理器会监视这个内存地址，看是否有其它处理器修改该值。第二部分（store-conditional）是如果这期间没有其它处理器修改该值，则将新值存回该地址。因此，一个原子的load-link/store-conditional操作就是通过load-link读取值，进行一些计算，然后试图store-conditional。如果store-conditional失败，那么重新开始整个操作。

 LONG InterlockedIncrement( LONG volatile *value )
 {
     LONG        lOriginal, lNewValue;
     do
     {
         //
         //通过load-link读取当前值
         //可以知道写回之前是否有人修改它
         //
         lOriginal = load_link(value);

         //
         //计算新的值
         //
         lNewValue = lOriginal + ;

         //
         //有条件的写回新值
         //如果有人在计算期间覆写该值，则函数返回失败
         //
     } while ( !store_conditional(value, lNewValue));
     return lNewValue;
 }

（如果看起来有些熟悉，是的，你之前见到过这种模式。）

    请求CPU监视一个内存地址依赖于CPU自己的实现。但要记住一件事情，CPU在同一时间只能监视一个内存地址，并且这个时间是很短暂的。如果你的代码被抢占了或者在load-link后有一个硬件中断到来，那么你的store-conditional将会失败，因为CPU因为硬件中断而分心了，完全忘记了你要求它监视的内存地址（即使CPU成功的记住了它，也不会记太久，因为硬件中断几乎都会执行自己的load-link指令，因此会替换成它自己要求监视的内存地址）。

    另外，CPU可能会有点懒，在监视时并不监视内存地址，而是监视cache line，如果有人修改了一个不同的内存位置，但是刚好跟要被监视的内存地址在同一个cache line里，store-conditional操作也会失败，即使它事实上可以成功完成。ARM架构的CPU是太懒了，以至于任何向同一块2048字节写入的操作都会导致store-conditional失败。

    这对于需要用汇编语言来实现Interlocked操作的你来说意味着什么？你需要尽可能减少load-link和store-conditional之间的指令数。例如，InterlockedIncrement只不过是给值加1。你在load-link和store-conditional之间插入的指令越多，store-conditional失败的可能就越大，你就不得不重来一次。如果你在两者之间插入的指令太多了就会导致store-conditional永远不会成功。举一个极端的例子，如果你计算新值的代码需要耗时5秒，在这5秒内肯定会接收到很多硬件中断，store-conditional操作就永远都会失败。

    额外阅读：为什么InterlockedIncrement/Decrement只返回有符号值？

 

本文译自The Old New Thing，原文地址http://blogs.msdn.com/b/oldnewthing/archive/2013/09/13/10448736.aspx。