所謂原子操作,就是"不可中斷的乙個或一系列操作" 。
硬體級的原子操作：
在單處理器系統(uniprocessor)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間。這也是某些cpu指令系統中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用於臨界資源互斥的原因。
在對稱多處理器(symmetric multi-processor)結構中就不同了，由於系統中有多個處理器在獨立地執行，即使能在單條指令中完成的操作也有可能受到干擾。
在x86 平台上，cpu提供了在指令執行期間對匯流排加鎖的手段。cpu晶元上有一條引線#hlock pin，如果組合語言的程式中在一條指令前面加上字首"lock"，經過彙編以後的機器**就使cpu在執行這條指令的時候把#hlock pin的電位拉低，持續到這條指令結束時放開，從而把匯流排鎖住，這樣同一匯流排上別的cpu就暫時不能通過匯流排訪問記憶體了，保證了這條指令在多處理器環境中的
原子性。
軟體級的原子操作：
軟體級的原子操作實現依賴於硬體原子操作的支援。
對於linux而言，核心提供了兩組原子操作介面：一組是針對整數進行操作；另一組是針對單獨的位進行操作。
2.1. 原子整數操作
針對整數的原子操作只能對atomic_t型別的資料處理。這裡沒有使用c語言的int型別，主要是因為：
1) 讓原子函式只接受atomic_t型別運算元，可以確保原子操作只與這種特殊型別資料一起使用
2) 使用atomic_t型別確保編譯器不對相應的值進行訪問優化
3) 使用atomic_t型別可以遮蔽不同體系結構上的資料型別的差異。儘管linux支援的所有機器上的整型資料都是32位，但是使用atomic_t的**只能將該型別的資料當作24位來使用。這個限制完全是因為在sparc體系結構上，原子操作的實現不同於其它體系結構：32位int型別的低8位嵌入了乙個鎖，因為sparc體系結構對原子操作缺乏指令級的支援，所以只能利用該鎖來避免對原子型別資料的併發訪問。
原子整數操作最常見的用途就是實現計數器。原子整數操作列表在中定義。原子操作通常是內斂函式，往往通過內嵌彙編指令來實現。如果某個函式本來就是原子的，那麼它往往會被定義成乙個巨集。
在編寫核心時，操作也簡單：
atomic_t use_cnt;
atomic_set(&use_cnt, 2);
atomic_add(4, &use_cnt);
atomic_inc(use_cnt);
2.2. 原子性與順序性
原子性確保指令執行期間不被打斷，要麼全部執行，要麼根本不執行。而順序性確保即使兩條或多條指令出現在獨立的執行執行緒中，甚至獨立的處理器上，它們本該執行的順序依然要保持。
2.3. 原子位操作
原子位操作定義在檔案中。令人感到奇怪的是位操作函式是對普通的記憶體位址進行操作的。原子位操作在多數情況下是對乙個字長的記憶體訪問，因而位號該位於0-31之間(在64位機器上是0-63之間),但是對位號的範圍沒有限制。
編寫核心**，只要把指向了你希望的資料的指標給操作函式，就可以進行位操作了：
unsigned long word = 0;
set_bit(0, &word); /*第0位被設定*/
set_bit(1, &word); /*第1位被設定*/
clear_bit(1, &word); /*第1位被清空*/
change_bit(0, &word); /*翻轉第0位*/
為什麼關注原子操作？
1）在確認乙個操作是原子的情況下，多執行緒環境裡面，我們可以避免僅僅為保護這個操作在外圍加上效能開銷昂貴的鎖。
2）借助於原子操作，我們可以實現互斥鎖。
3）借助於互斥鎖，我們可以把一些列操作變為原子操作。
gnu c中x++是原子操作嗎？
答案不是。x++由3條指令完成。x++在單cpu下不是原子操作。
對應3條彙編指令
movl x, %eax
addl $1, %eax
movl %eax, x
在vc2005下對應
++x;
004232fa mov eax,dword ptr [x]
004232fd add eax,1
00423300 mov dword ptr [x],eax
仍然是3條指令。
所以++x，x++等都不是原子操作。因其步驟包括了從記憶體中取x值放入暫存器，加暫存器，把值寫入記憶體三個指令。
如何實現x++的原子性？
在單處理器上，如果執行x++時，禁止多執行緒排程，就可以實現原子。因為單處理的多執行緒併發是偽併發。
在多處理器上，需要借助cpu提供的lock功能。鎖匯流排。讀取記憶體值，修改，寫回記憶體三步期間禁止別的cpu訪問匯流排。同時我估計使用lock指令鎖匯流排的時候，os也不會把當前執行緒排程走了。要是調走了，那就麻煩了。
在多處理器系統中存在潛在問題的原因是：
不使用lock指令字首鎖定匯流排的話，在一次記憶體訪問週期中有可能其他處理器會產生異常或中斷，而在異常處理中有可能會修改尚未寫入的位址，這樣當inc操作完成後會產生無效資料（覆蓋了前面的修改）。
spinlock 用於cpu同步, 它的實現是基於cpu鎖定資料匯流排的指令.
當某個cpu鎖住資料匯流排後, 它讀乙個記憶體單元(spinlock_t)來判斷這個spinlock 是否已經被別的cpu鎖住. 如果否, 它寫進乙個特定值, 表示鎖定成功, 然後返回. 如果是, 它會重複以上操作直到成功, 或者spin次數超過乙個設定值. 鎖定資料匯流排的指令只能保證乙個機器指令內, cpu獨佔資料匯流排.
單cpu當然能用spinlock, 但實現上無需鎖定資料匯流排.
spinlock在鎖定的時候,如果不成功,不會睡眠,會持續的嘗試,單cpu的時候spinlock會讓其它process動不了.
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