原子(atomic)本意是”不能被進一步分割的最小粒子”,而原子操作(atomic operation)意為”不可被中斷的一個或一系列操作”.
處理器如何實現原子操作
(1) 使用總線鎖保證原子性
如果多個處理器同時對共享變量進行讀寫操作,那么共享變量就會被多個處理器同時進行操作,這樣讀寫操作就不是原子的,操作完之后共享變量的值會和期望的不一致.
所謂總線鎖就是使用處理器提供的一個LOCK#信號,當一個處理器在總線上輸出次信號時,其他處理器的請求將被阻塞住,那么該處理器可以獨占共享內存.
在x86 平台上，CPU提供了在指令執行期間對總線加鎖的手段。CPU芯片上有一條引線#HLOCK pin，如果匯編語言的程序中在一條指令前面加上前綴"LOCK"，經過匯編以后的機器代碼就使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，從而把總線鎖住，這樣同一總線上別的CPU就暫時不能通過總線訪問內存了，保證了這條指令在多處理器環境中的。
(2) 使用緩存鎖保證原子性
通過緩存鎖定保證原子性。在同一時刻我們只需保證對某個內存地址的操作是原子性即可，但總線鎖定把CPU和內存之間通信鎖住了，這使得鎖定期間，其他處理器不能操作其他內存地址的數據，所以總線鎖定的開銷比較大。
所謂“緩存鎖定”就是如果緩存在處理器緩存行中內存區域在LOCK操作期間被鎖定，當它執行鎖操作回寫內存時，處理器不在總線上聲言LOCK＃信號，而是修改內部的內存地址，並允許它的緩存一致性機制來保證操作的原子性，因為緩存一致性機制會阻止同時修改被兩個以上處理器緩存的內存區域數據，當其他處理器回寫已被鎖定的緩存行的數據時會起緩存行無效。
但是有兩種情況下處理器不會使用緩存鎖定。第一種情況是：當操作的數據不能被緩存在處理器內部，或操作的數據跨多個緩存行（cache line），則處理器會調用總線鎖定。第二種情況是：有些處理器不支持緩存鎖定。對於Inter486和奔騰處理器,就算鎖定的內存區域在處理器的緩存行中也會調用總線鎖定。