C - 访问整数变量时的安全性 : 1 writer, N 读者

Question

我有一个“静态 64 位整数变量”，它仅由一个线程更新。所有其他线程仅从中读取。

出于安全原因，我是否应该使用原子操作(例如“__sync_add_and_fetch”)来保护这个变量？

还是可以直接从(resp.to)读取(resp.write)？

我仍然很困惑，因为我没有找到明确的答案。我不知道我是否必须保护它:

1. 仅在写入时
2. 用于写入和读取 (__sync_add_and_fetch(V, 0))
3. 根本不需要保护

谢谢。

Answer 1

通常，读取和写入存储位置的原子性是相同的。

也就是说，如果一个位置不能被原子写入，它也不能被原子读取，反之亦然。

如果需要特殊的原子写入，除非读取也是原子的，否则使用它是没有意义的。

例如，假设正在使用普通读取读取 64 位位置，这需要两次 32 位访问。假设写入发生在这两个访问之间。读取将从新值中获取第二个 32 位，并将其与过时的前 32 位组合。写入不能介于读取的两半之间的唯一方法是读取是原子的。原子读知道如何正确地与原子写交互以防止这种情况。

您可能会对这条规则的“异常(exception)”感到困惑。在某些系统中，您可能会看到原子更新(例如增量)与普通读取混合在一起。这是基于读取和写入实际上是原子的假设；特殊的原子增量仅用于使读取/修改/写入周期从并发写入者的角度来看是不可分割的:如果 N 个写入者大约同时执行此增量，则它确保位置增加 N。

有时您可能还会看到使用普通读取的正确优化，即使底层数据类型不是原子访问的。在这种情况下，算法并不关心它读取的是“半生不熟”的值。

例如，为了简单地监视内存位置以检测更改，您不需要原子读取。检测更改不需要检索正确的值。例如 0x00000000 更新为 0x00010001，但非原子读取观察到中间值 0x00010000，这仍然足以检测位置已更改。

如果您必须确保读者永远不会看到半生不熟的值，那么请使用原子读写。

还有其他问题，比如排序。假设作者更新了两个位置，A 和 B。在某些计算系统中，读者可能会在 A 之前观察到 B 的更新。除了任何原子操作之外，还必须使用特殊的“barrier”或“fence”指令更新说明。

在高级语言中，这些屏障的 API 可能内置于某些原子操作的语义中，因此您最终可能会为了这些屏障而使用原子指令，即使数据在其他方面是原子的.