TAS与CAS-用于锁的指令支持

(Owed by: 春夜喜雨 http://blog.csdn.net/chunyexiyu)
参考：https://www.cnblogs.com/upnote/p/13193856.html
参考：https://juejin.cn/post/6844903853393985550
参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Test-and-set
参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap
参考：https://stackoverflow.com/questions/3659336/compare-and-swap-vs-test-and-set

TAS（Test and Set）与CAS（Compare and Swap），两个重要的硬件同步指令。算是在指令级上，支持各类锁实现的基础存在。

TAS（Test and Set）

test-and-set指令: 作为一个原子不被中断的操作指令，在硬件设计上，仅允许同一时间一个处理器执行该指令，从而保证了它的单一原子性操作。

---from wikipedia:
In computer science, the test-and-set instruction is an instruction used to write 1 (set) to a memory location and return its old value as a single atomic (i.e., non-interruptible) operation. If multiple processes may access the same memory location, and if a process is currently performing a test-and-set, no other process may begin another test-and-set until the first process's test-and-set is finished.

有了硬件保证的只有一个处理器执行该指令，就不用担心多核处理器情况和执行指令的同步困扰。

test-and-set顾名思义，它提供的操作是：

把给定的内存地址设置为1
然后返回之前的旧值

 // 伪代码// 只要硬件保证了start，end其间单处理器执行，且不被打断，就算是实现指令的原子性int test_and_set(int* lockPtr){int oldValue;// --- start of atomic segment ---oldValue = *lockPtr;*lockPtr = 1;// --- end of atomic segment ---return oldValue;}

但单纯该指令保证其自身的单一原子操作，而我们需求的是某一部分代码执行的单一原子操作，这就涉及了如何利用TAS的特点，来进行锁的设计。
spinlock自旋锁的样例实现：

// 伪代码
volatile int lock = 0;
void lock(){while(test_and_set(&lock) == 1){}
}
void unlock(){lock = 0;
}
lock();
critical section // only one process can be in the section at a time
unlock();

CAS（Compare and Swap）

In computer science, compare-and-swap (CAS) is an atomic instruction used in multithreading to achieve synchronization.

CAS同样是一个同步指令，主要被用于多线程同步；

它的处理过程类似：

判断reg上值和输入old值是否一致，一致时改reg值为new
返回reg上的原值

 // 伪代码// 保证了start，end其间原子执行，就实现了指令的原子性int compare_and_swap(int* regPtr, int old, int new){int org_reg_value;// --- start of atomic segment --- org_reg_value = *regPtr;if (org_reg_value == old){*regPtr = new;}// --- end of atomic segment --- return org_reg_value;}

compare-and-swap，同test-and-set相比，它使用的输入寄存器更多一些，同时它返回值的存储信息也更丰富一些；

test-and-set使用了一个bit位作为目标设定值，表达0/1两个信息量。
compare-and-swap可以用32位或64位作为设定值，输出值，能表达更多的信息量。
可以用来做原子添加增量值的设置，样例实现：

// 伪代码
int add(&ptr, int add){int org_value = *ptr;while(compare_and_swap(ptr, org_value, org_value+add) != org_value）{org_value = *ptr;}return org_value + add;
}

当然也可以用来实现自旋锁，样例实现：

// 伪代码
volatile int lock = 0;
void lock(){while(compare_and_swap(&lock, 0, 1));
}
void unlock(){lock = 0;
}
lock();
critical section // only one process can be in the section at a time
unlock();

(Owed by: 春夜喜雨 http://blog.csdn.net/chunyexiyu)