原子操作与并发（Atomics & Concurrency）

多处理器/多核下，普通读写可能被重排或撕裂，需用原子指令与内存屏障保证正确性。

LOCK 前缀

在以下指令前加 lock 前缀，使该指令在多核间原子执行（锁定总线/缓存行）：

lock addl $1, (%rdi)        # 原子自增内存
lock xchg %eax, (%rdi)      # 原子交换（xchg 对内存默认隐含 lock）
lock cmpxchg %esi, (%rdi)   # 原子比较交换（CAS）
lock bts $3, (%rdi)         # 原子置位

lock 可与：add/sub/inc/dec/neg/not、and/or/xor、btc/bts/btr、xchg、cmpxchg/cmpxchg8b/cmpxchg16b、xadd。

内存序要点：x86 上 lock 前缀指令本身就兼有 acquire/release 屏障语义，无锁结构（互斥、引用计数、无锁队列）大多以 lock 指令 + CAS 为基础构建。

原子交换（xchg）

xchg 本身即是原子的（即使不加 lock，对内存操作隐含 lock）：

# 自旋锁加锁：把 1 写入锁，返回旧值
# rdi = &lock
acquire:
    movl $1, %eax
    xchgl %eax, (%rdi)
    testl %eax, %eax
    jnz acquire              # 旧值为 1 表示已被占用，自旋
    ret

原子比较并交换（CAS，cmpxchg）

cmpxchg src, dst：若 dst == AL/AX/EAX/RAX（累加器），则 dst = src，ZF=1；否则 RAX = dst，ZF=0。常用于无锁算法。

# 无锁自增：retry: old = *p; if CAS(p, old, old+1) break;
# rdi = ptr
lock_inc:
1:
    movl (%rdi), %eax        # eax = 旧值
    movl %eax, %ecx
    addl $1, %ecx            # ecx = 旧值+1
    lock cmpxchgl %ecx, (%rdi)   # 若 *p==eax 则 *p=ecx
    jne 1b                   # 失败（被别人改了）则重试
    ret

cmpxchg8b（8 字节，用 edx:eax 比较、ecx:ebx 交换）、cmpxchg16b（16 字节，x86-64）用于更大的原子量。

原子 Fetch-And-Add（xadd）

xadd src, dst：交换并相加，dst = dst + src，src = 旧dst。lock xadd 实现 fetch_add：

movl $1, %eax
lock xaddl %eax, (%rdi)   # eax = 旧值, (*rdi) += 1

内存屏障（Memory Fence）

x86 具有较强内存模型（store 不会与 store 重排，load 不会与 load 重排），但仍需屏障：

sfence                     # 保证前面的写先完成
movl $1, (%rdi)            # 发布数据
mfence
movl $1, (%rsi)            # 发布标志（StoreStore/StoreLoad 安全）

原子标志位操作

lock btsl $0, (%rdi)       # 原子测试并置位第 0 位，返回旧值到 CF
lock btsq $7, (%rdi)       # 64 位版本

自旋锁完整示例

# void spin_lock(int *l)  rdi=&l
spin_lock:
    movl $1, %eax
1:
    xchgl %eax, (%rdi)     # 隐含 lock 的原子交换
    testl %eax, %eax
    jz   2f                # 旧值为 0：抢锁成功
    pause                  # 自旋中让出流水线（HT 友好、省电）
    jmp  1b
2:
    ret

# void spin_unlock(int *l) rdi=&l
spin_unlock:
    movl $0, %eax
    xchgl %eax, (%rdi)
    ret

pause 降低自旋等待对兄弟超线程与内存序的影响，写自旋循环务必加上。