原文地址：http://blog.csdn.net/penngrove/article/details/44175387
最近看到Linux Kernel cmpxchg的代码，对实现很不理解。上网查了内嵌汇编以及Intel开发文档，才慢慢理解了，记录下来以享和我一样困惑的开发者。其实cmpxchg实现的原子操作原理早已被熟知：
cmpxchg(void* ptr, int old, int new)，如果ptr和old的值一样，则把new写到ptr内存，否则返回ptr的值，整个操作是原子的。在Intel平台下，会用lock cmpxchg来实现，这里的lock个人理解是锁住内存总线，这样如果有另一个线程想访问ptr的内存，就会被block住。
好了，让我们来看Linux Kernel中的cmpxchg(网上找来的，我自己机器上没找到对应的头文件，据说在include/asm-i386/cmpxchg.h)实现：
01./* TODO: You should use modern GCC atomic instruction builtins instead of this. */
02.#include <stdint.h>
03.#define cmpxchg( ptr, _old, _new ) { \
04. volatile uint32_t *__ptr = (volatile uint32_t *)(ptr); \
05. uint32_t __ret; \
06. asm volatile( "lock; cmpxchgl %2,%1" \
07. : "=a" (__ret), "+m" (*__ptr) \
08. : "r" (_new), "0" (_old) \
09. : "memory"); \
10. ); \
11. __ret; \
12.}
/* TODO: You should use modern GCC atomic instruction builtins instead of this. */
#include <stdint.h>
#define cmpxchg( ptr, _old, _new ) { \
volatile uint32_t *__ptr = (volatile uint32_t *)(ptr); \
uint32_t __ret; \
asm volatile( "lock; cmpxchgl %2,%1" \
: "=a" (__ret), "+m" (*__ptr) \
: "r" (_new), "0" (_old) \
: "memory"); \
); \
__ret; \
}
主要要看懂内嵌汇编，c的内嵌汇编格式是
01.asm ( assembler template
02. : output operands (optional)
03. : input operands (optional)
04. : clobbered registers list (optional)
05. );
asm ( assembler template
: output operands (optional)
: input operands (optional)
: clobbered registers list (optional)
);
output operands和inpupt operands指定参数，它们从左到右依次排列，用','分割，编号从0开始。以cmpxchg汇编为例，(__ret)对应0，(*__ptr)对应1，(_new)对应2，(_old)对应3，如果在汇编中用到"%2"，那么就是指代_new，"%1"指代(*__ptr)。
"=a"是说要把结果写到__ret中，而且要使用eax寄存器，所以最后写结果的时候是的操作是mov eax, ret (eax==>__ret)。"r" (_new)是要把_new的值读到一个通用寄存器中使用。
在cmpxchg中，注意"0"(_old)，这个是困惑我的地方，它像告诉你(_old)和第0号操作数使用相同的寄存器或者内存，即(_old)的存储在和0号操作数一样的地方。在cmpxchg中，就是说_old和__ret使用一样的寄存器，而__ret使用的寄存器是eax，所以_old也用eax。
明白了这些，再来看cmpxchgl，在Intel开发文档上说：
0F B1/r CMPXCHG r/m32, r32 MR Valid Valid* Compare EAX with r/m32. If equal, ZF is set
and r32 is loaded into r/m32. Else, clear ZF
and load r/m32 into EAX.
翻译一下：
比较eax和目的操作数(第一个操作数)的值，如果相同，ZF标志被设置，同时源操作数(第二个操作)的值被写到目的操作数，否则，清ZF标志，并且把目的操作数的值写回eax。
好了，把上面这句话套在cmpxchg上就是：
比较_old和(*__ptr)的值，如果相同，ZF标志被设置，同时_new的值被写到(*__ptr)，否则，清ZF标志，并且把(*__ptr)的值写回_old。
很明显，符合我们对cmpxchg的理解。
另：Intel开发手册上说lock就是让CPU排他地使用内存。