c++ - 使用 GCC 进行原子 64 位写入

Question

我在多线程编程方面陷入了困惑，希望有人能来给我一些理解。

经过大量阅读后，我了解到我应该能够在 64 位系统上以原子方式设置 64 位 int 的值¹。

虽然我发现很多阅读困难，所以我想我会尝试做一个测试来验证这一点。所以我用一个线程编写了一个简单的程序，它将一个变量设置为两个值之一:

bool switcher = false;

while(true)
{
    if (switcher)
        foo = a;
    else
        foo = b;
    switcher = !switcher;
}

另一个线程会检查 foo 的值:

while (true)
{
    __uint64_t blah = foo;
    if ((blah != a) && (blah != b))
    {
        cout << "Not atomic! " << blah << endl;
    }
}

我设置了 a = 1844674407370955161; 和 b = 1144644202170355111;。我运行这个程序并没有得到任何输出警告我 blah 不是 a 或 b。

太好了，看起来可能是原子写入...但是，我将第一个线程更改为直接设置 a 和 b，如下所示:

bool switcher = false;

while(true)
{
    if (switcher)
        foo = 1844674407370955161;
    else
        foo = 1144644202170355111;
    switcher = !switcher;
}

我重新运行，突然:

Not atomic! 1144644203261303193
Not atomic! 1844674406280007079
Not atomic! 1144644203261303193
Not atomic! 1844674406280007079

发生了什么变化？无论哪种方式，我都在为 foo 分配一个大数字 - 编译器是否以不同的方式处理一个常数，还是我误解了一切？

谢谢!

---

1: Intel CPU documentation, section 8.1, Guaranteed Atomic Operations

2: GCC Development list discussing that GCC doesn't guarantee it in the documentation, but the kernel and other programs rely on it

Answer 1

反汇编循环，我用 gcc 得到以下代码:

.globl _switcher
_switcher:
LFB2:
    pushq   %rbp
LCFI0:
    movq    %rsp, %rbp
LCFI1:
    movl    $0, -4(%rbp)
L2:
    cmpl    $0, -4(%rbp)
    je  L3
    movq    _foo@GOTPCREL(%rip), %rax
    movl    $-1717986919, (%rax)
    movl    $429496729, 4(%rax)
    jmp L5
L3:
    movq    _foo@GOTPCREL(%rip), %rax
    movl    $1486032295, (%rax)
    movl    $266508246, 4(%rax)
L5:
    cmpl    $0, -4(%rbp)
    sete    %al
    movzbl  %al, %eax
    movl    %eax, -4(%rbp)
    jmp L2
LFE2:

所以看起来 gcc 确实使用了具有 32 位立即值的 32 位 movl 指令。有一条指令 movq 可以将 64 位寄存器移动到内存(或将内存移动到 64 位寄存器)，但它似乎无法设置将立即值移动到内存地址，因此编译器被迫要么使用临时寄存器，然后将值移动到内存中，要么使用到 movl。您可以尝试通过使用临时变量来强制它使用寄存器，但这可能不起作用。

引用资料:

• mov
• movq