Atomic

📌 Atomic

Atomic — операции, выполняемые за один неделимый шаг, гарантируя отсутствие прерываний и гонок между потоками. Являются основой низкоуровневой синхронизации в многопоточном программировании.

🧠 Как работает

CPU и Kernel обеспечивают атомарность операций за счёт:

• Аппаратных инструкций (например, LOCK XADD, CMPXCHG)
• Шинных блокировок или протоколов Cache coherence
• Барьеров памяти (memory fences) для соблюдения порядка

Операции:

• atomic_load, atomic_store
• atomic_exchange, atomic_fetch_add
• compare_and_swap (CAS) — основа многих lock-free алгоритмов

В C/C++ доступны через <stdatomic.h> или std::atomic. В Linux Kernel — atomic_t, atomic64_t.

⚙️ Где применяется

Область	Применение
Spinlock	Реализация через test_and_set
Lock-free structure	Очереди, стеки, пулы
Reference Counting	Подсчёт ссылок без Mutex
Kernel	IRQ-safe счётчики, флаги, состояния
Multithreading	Безопасные флаги, счётчики, статусы

💻 Пример (C11 stdatomic)

#include <stdatomic.h>
atomic_int counter = 0;
 
void increment() {
  atomic_fetch_add(&counter, 1);
}

✅ Преимущества

• Высокая производительность

• Безопасность без необходимости в Lock

• Подходит для real-time и embedded систем

❌ Недостатки

• Ограниченная выразительность (сложно выразить сложную логику)

• Ошибки приводят к неуловимым багам

• Требует понимания моделей памяти и барьеров

• Не всегда очевидное поведение между архитектурами (x86, ARM)