c++ - 如何使用 C++11 原子库实现 seqlock 锁

Question

我想使用 C++11 原子库编写一个 seqlock。我在 stackoverflow 上看了一些关于 seqlock 的问题，但是没有人帮助我。我用的算法很普通，到处都能找到。这就是我的代码:

struct sequence_spinlock_t {

    void write_lock() {
        lock.lock();
        flags.fetch_add(1, memory_order_acquire); //A

    }

    void write_unlock() {
        flags.fetch_add(1, memory_order_release); //B
        lock.unlock();
    }

    void read_enter(uintptr_t *flag) {
        for (;;) {
            uintptr_t f = flags.load(memory_order_acquire); //C
            if ((f & 1) == 0) {
                *flag = f;
                break;
            }
            pause();
        }
    }

    bool_ read_leave(uintptr_t flag) {                                        

        uintptr_t f = flags.load(memory_order_relaxed); //D
        return f == flag;
    }

    spinlock_t lock;
    atomic_uintptr_t flags;
};

    //read thread
    uintptr_t flag;
    do {
        lock.read_enter(&flag);      (0)
        //read something             (1)
    } while(!lock.read_leave(flag))  (2)


    //write thread
    lock.write_lock();              (3)
    //write something               (4)
    lock.write_unlock();            (5)

我确保在 B 和 C 处正确使用 memory_order 标签。

我不认为 A 和 D 是正确的。

想想我们同时读写 protected 数据，我担心D处的flags读取值太旧，我们没有读取write_lock()写入的最新值。但是我们读取了最新值写入线程写入的 protected 数据(这可能不会发生在 x86 系统上，但我不假设代码在 x86 上运行。)。读取线程完成读取 protected 数据后，因为标志的读取值太旧，我没有发现序列已增加。读取线程从循环中退出，我们制造了一个错误。

(1)处的protected data读取值写入(4)处，(2)处的flags读取值未写入(3)处(上次解锁写锁时写入。) .这就是我认为存在错误的原因。

但我真的不知道如何解决这个问题。我试图在 read_leavee() 和 write_locke() 之间建立“同步”关系(我希望“read_leave() 与 write_locke() 同步”)。但是有read_leave()中没有store action，所以失败了。

(哦!c++标准规范对我来说太难理解了。部分原因是我不是来自英语国家。)

Answer 1

在 read_leave 中使用 memory_order_relaxed 本身是可以的，但是您确实需要确保在加载标志变量之前已经加载了数据值。你可以用 std::atomic_thread_fence 做到这一点。 IE。你的 read_leave 应该看起来像

 
  

   bool read_leave(uintptr_t flag) {    atomic_thread_fence(memory_order_acquire);    uintptr_t f = flag.load(memory_order_relaxed);    return f == flag;}
  
 

FWIW，通过此更改，您的代码看起来与 http://safari.ece.cmu.edu/MSPC2012/slides_posters/boehm-slides.pdf 中的示例 3 大致相同。