как преобразовать неатомарную операцию в атомарную

int b = 1000;
b+=1000;

превращается в несколько операторов на уровне инструкций. По крайней мере, подготовка регистра или памяти, присвоение 1000, затем получение содержимого этого регистра / памяти, добавление 1000 к содержимому и повторное присвоение нового значения (2000) этому регистру. Без блокировки ОС может приостановить процесс / поток в любой момент этой операции. Кроме того, в многопроцессорных системах другой процессор может получить доступ к этой памяти (в данном случае не регистр), пока ваша операция выполняется.

Когда вы снимаете блокировку (как вы бы сделали этот атомарный), вы частично информируете ОС, что нельзя приостанавливать этот процесс / поток и что к этой памяти не должны обращаться другие процессы.

Теперь приведенный выше код, вероятно, будет оптимизирован компилятором для простого присвоения 2000 области памяти для b, но я игнорирую это для целей этого ответа.

В C99 нет способа сделать переменные атомарными по отношению к другим потокам. C99 не имеет понятия о нескольких потоках выполнения. Таким образом, вам необходимо использовать специфичные для компилятора расширения и / или инструкции на уровне процессора для достижения атомарности.

Следующий стандарт C, известный в настоящее время как C1x, будет включать атомарные операции.

Даже тогда простая атомарность просто гарантирует, что операция является атомарной, она не гарантирует, когда эта операция станет видимой для других процессоров. Чтобы добиться гарантий видимости, в C99 вам нужно будет изучить модель памяти вашего процессора и, возможно, использовать особый вид инструкций процессора, известный как ограждения или барьеры памяти. Вам также необходимо сообщить об этом компилятору, используя некоторый специфичный для компилятора барьер компилятора. C1x определяет несколько порядков памяти, и когда вы используете атомарную операцию, вы можете решить, какой порядок памяти использовать.

Некоторые примеры:

/* NOT atomic */
b += 1000;

/* GCC-extension, only in newish GCCs 
 *   requirements on b's loads are CPU-specific
 */
__sync_add_and_fetch(&b, 1000);

/* GCC-extension + x86-assembly, 
 *   b should be aligned to its size (natural alignment), 
 *   or loads will not be atomic
 */
__asm__ __volatile__("lock add $1000, %0" : "+r"(b));


/* C1x */
#include <stdatomic.h>
atomic_int b = ATOMIC_INIT(1000);
int r = atomic_fetch_add(&b, 1000) + 1000;

Все это настолько сложно, насколько может показаться, поэтому обычно следует придерживаться мьютексов, чтобы упростить задачу.

b+=1000 компилируется во всех известных мне системах по нескольким инструкциям. Таким образом, это не атомарно.

Даже b=1000 может быть неатомарным, хотя вам придется много работать, чтобы создать ситуацию, в которой он не является атомарным.

На самом деле C не имеет концепции потоков, поэтому в C. нет ничего атомарного. Вам нужно полагаться на конкретные детали реализации вашего компилятора и инструментов.

Вышеупомянутые операторы не атомарны, потому что они становятся инструкцией перемещения для загрузки b в регистр (если это не так), затем добавляют к нему 1000 и сохраняют обратно в память. Многие наборы инструкций допускают атомарность за счет атомарного приращения. Самый простой вариант - x86 с блокировкой addl dest, src; некоторые другие наборы инструкций используют cmpxchg для достижения того же результата.

Итак, я хочу понять, чем отличается атомарность, когда речь идет о языках программирования от операционных систем?

Меня немного смущает этот вопрос. Что ты конкретно имеешь ввиду? Концепция атомарности одинакова как в prog. языки и ОС.

Что касается атомарности и языка, вот, например, ссылка на атомарность в JAVA, которая может дать вам другую точку зрения: Какие операции в Java считаются атомарными?