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AFAIK C++ 原子(<atomic>
)系列提供 3 个好处:
我不确定第三个项目符号,因此请看下面的示例。
#include <atomic>
std::atomic_bool a_flag = ATOMIC_VAR_INIT(false);
struct Data {
int x;
long long y;
char const* z;
} data;
void thread0()
{
// due to "release" the data will be written to memory
// exactly in the following order: x -> y -> z
data.x = 1;
data.y = 100;
data.z = "foo";
// there can be an arbitrary delay between the write
// to any of the members and it's visibility in other
// threads (which don't synchronize explicitly)
// atomic_bool guarantees that the write to the "a_flag"
// will be clean, thus no other thread will ever read some
// strange mixture of 4bit + 4bits
a_flag.store(true, std::memory_order_release);
}
void thread1()
{
while (a_flag.load(std::memory_order_acquire) == false) {};
// "acquire" on a "released" atomic guarantees that all the writes from
// thread0 (thus data members modification) will be visible here
}
void thread2()
{
while (data.y != 100) {};
// not "acquiring" the "a_flag" doesn't guarantee that will see all the
// memory writes, but when I see the z == 100 I know I can assume that
// prior writes have been done due to "release ordering" => assert(x == 1)
}
int main()
{
thread0(); // concurrently
thread1(); // concurrently
thread2(); // concurrently
// join
return 0;
}
首先,请在代码中验证我的假设(尤其是 thread2
)。
其次,我的问题是:
如何a_flag
写入传播到其他核心?
std::atomic
同步 a_flag
在与其他核心缓存(使用 MESI 或其他任何东西)的写入器缓存中,或者传播是自动的?
假设在特定机器上对标志的写入是原子的(想想 x86 上的 int_32)并且我们没有任何私有(private)内存可以同步(我们只有一个标志)我们是否需要使用原子?
考虑到最流行的 CPU 架构(x86、x64、ARM v.whatever、IA-64),跨核可见性(我现在不考虑重新排序)是自动的(但可能会延迟),或者您需要发出特定命令来传播任何数据?
最佳答案
核心本身并不重要。问题是“所有核心如何最终看到相同的内存更新”,这是您的硬件为您做的事情(例如缓存一致性协议(protocol))。内存只有一 block ,所以主要关注的是缓存,这是硬件的私有(private)关注点。
这个问题似乎不清楚。重要的是由 a_flag
的加载和存储形成的获取-释放对,它是一个同步点并导致 thread0
和 thread1
以特定顺序出现(即 thread0
中的所有内容在存储之前 happens-before thread1
中循环之后的所有内容)。
是的,否则你不会有同步点。
您不需要 C++ 中的任何“命令”。 C++ 甚至不知道它运行在任何特定类型的 CPU 上这一事实。凭借足够的想象力,您或许可以在魔方上运行 C++ 程序。 C++ 编译器 选择必要的指令来实现 C++ 内存模型所描述的同步行为,并且在 x86 上涉及发出指令锁前缀和内存栅栏,并且不会过多地重新排序指令。由于 x86 具有强有序内存模型,因此与没有原子性的天真、不正确的代码相比,上述代码应该产生最少的额外代码。
在代码中包含您的 thread2
会使整个程序出现未定义的行为。
只是为了好玩,并且为了表明弄清楚自己正在发生的事情是有启发性的,我将代码编译成三种变体。 (我添加了一个 glbbal int x
并在 thread1
中添加了 x = data.y;
)。
获取/释放:(您的代码)
thread0:
mov DWORD PTR data, 1
mov DWORD PTR data+4, 100
mov DWORD PTR data+8, 0
mov DWORD PTR data+12, OFFSET FLAT:.LC0
mov BYTE PTR a_flag, 1
ret
thread1:
.L14:
movzx eax, BYTE PTR a_flag
test al, al
je .L14
mov eax, DWORD PTR data+4
mov DWORD PTR x, eax
ret
顺序一致:(去除显式排序)
thread0:
mov eax, 1
mov DWORD PTR data, 1
mov DWORD PTR data+4, 100
mov DWORD PTR data+8, 0
mov DWORD PTR data+12, OFFSET FLAT:.LC0
xchg al, BYTE PTR a_flag
ret
thread1:
.L14:
movzx eax, BYTE PTR a_flag
test al, al
je .L14
mov eax, DWORD PTR data+4
mov DWORD PTR x, eax
ret
“朴素”:(仅使用 bool
)
thread0:
mov DWORD PTR data, 1
mov DWORD PTR data+4, 100
mov DWORD PTR data+8, 0
mov DWORD PTR data+12, OFFSET FLAT:.LC0
mov BYTE PTR a_flag, 1
ret
thread1:
cmp BYTE PTR a_flag, 0
jne .L3
.L4:
jmp .L4
.L3:
mov eax, DWORD PTR data+4
mov DWORD PTR x, eax
ret
如您所见,两者没有太大区别。 “不正确”版本实际上看起来大部分是正确的,除了缺少加载(它使用 cmp
和内存操作数)。顺序一致的版本将其昂贵隐藏在 xcgh
指令中,该指令具有隐式锁定前缀并且似乎不需要任何显式栅栏。
关于C++ 原子和跨线程可见性,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/19421192/
我是一名优秀的程序员,十分优秀!