我正在研究C ++ 11中mutex和atomic之间的区别。
据我了解，mutex是一种锁定机制，它是基于OS /内核实现的。例如，Linux提供了一种机制，futex。借助futex，我们可以实现mutex和semaphore。此外，我知道futex是由低级原子操作实现的，例如CompareAndSet，CompareAndSwap。
对于std::atomic，我知道它是基于C ++ 11引入的内存模型实现的。但是，我不知道如何在底层实现内存模型。如果它也由CompareAndSet之类的原子操作实现，那么std::atomic和mutex有什么区别？
总之，如果std::atomic::is_lock_free给我一个false，那么，我要说std::atomic与mutex相同。但是，如果它给我一个true，它是如何在低级实现的？
std::atomic和互斥锁之间有什么区别
互斥锁是一种并发构造，独立于任何用户数据，提供lock和unlock方法，可让您保护（强制相互排斥）代码的区域 。您可以在该区域放任何东西。
std::atomic<T>是类型T 的单个实例上的适配器，允许基于每个操作对该对象进行原子访问。
互斥锁从某种意义上讲是更普遍的，std::atomic的一种可能的实现是使用互斥锁保护对基础对象的所有访问。
std::atomic之所以存在，主要是因为 other 常见的实现方式：使用原子指令 2 直接执行操作而无需互斥。这是std::atomic<T>::is_lock_free()返回true时使用的实现。这通常比互斥锁方法更有效，但仅适用于足够小以通过原子指令“一次性完成”操作的对象。
2 在某些情况下，编译器能够使用 plain 指令（而不是与特殊并发相关的指令），例如正常的加载和存储（如果它们提供了所需的保证）在相关平台上。例如，在x86上，compilers implement的所有负载，甚至seq_cst都具有普通负载，并使用普通存储实现发布存储。 seq_cst存储区通过特殊指令实现，但是-mfence上的尾随clang和gcc上的lock xchg。还要注意，加载和存储之间的不对称性是编译器的选择：它们本来可以对seq_cst加载进行特殊处理，但是因为在大多数情况下，加载通常要比存储慢得多。
如果原子操作为lock_free，则它们的实现方式可能与实现互斥锁的组件相同。毕竟，要锁定一个互斥锁，您确实需要某种原子操作来确保只有一个线程锁定该互斥锁。
不同之处在于，无锁定的原子操作没有“锁定”状态。让我们比较一下两种可能的方法来对变量进行原子递增：
首先，互斥方式。我们锁定一个互斥锁，我们以递增方式写入变量，然后解锁互斥锁。如果线程在读增量写入期间被中断，则其他尝试执行此相同操作的线程将阻止尝试锁定互斥锁。 （请参阅Where is the lock for a std::atomic?，以了解在某些实际实现中该方法如何工作，对于太大而无法锁死的对象。）
第二，原子方式。 CPU仅在一条读-增量-写指令的持续时间内“锁定”包含我们要修改的变量的高速缓存行。 （这意味着CPU会延迟响应使MESI请求无效或共享高速缓存行，从而保持排他访问，因此其他CPU都无法查看它。MESI高速缓存一致性始终要求高速缓存行具有排他所有权，然后内核才能对其进行修改，因此这是便宜（如果我们已经拥有该线路）。我们不可能在指令中被打断。另一个尝试访问此变量的线程，在最坏的情况下，必须等待缓存一致性硬件找出谁可以修改内存位置。
那么我们如何锁定互斥锁？可能我们执行原子比较和交换。因此，轻原子操作是组装重互斥操作的基元。
当然，这都是特定于平台的。但这就是您可能会使用的典型现代平台。