c - C 中的双重检查锁定模式问题

Question

作为所有研究过此问题的人，我已经阅读了这篇论文 http://www.aristeia.com/Papers/DDJ_Jul_Aug_2004_revised.pdf

我有一个关于在 C 结构上实现 DCLP 时的障碍的问题。这是代码:

typedef struct _singleton_object {
    int x;
    int y;
} sobject;

static sobject *singleton_object = NULL;

sobject *get_singleton_instance()
{
    sobject *tmp = singleton_object;

    /* Insert barrier here - compiler or cpu specific or both? */
    if (tmp == NULL) {
        mutex_lock(&lock); /* assume lock is declared and initialized properly*/
        tmp = singleton_object;
        if (tmp == NULL) {
            tmp = (sobject *)malloc(sizeof(sobject)); /* assume malloc succeeds */
            tmp->x = 5;
            tmp->y = 7;

            /* Insert barrier here - compiler or cpu specific or both ?*/
            singleton_object = tmp;
        }
        mutex_unlock(&lock);
    }
    return tmp;
}

第一个问题如评论中所述:当论文描述插入屏障时，它仅指编译器、CPU 还是两者都指？我认为两者都是。

我的第二个问题是:是什么阻止编译器在代码中用 singleton_object 替换 tmp ？是什么强制将 singleton_object 加载到 tmp 中，tmp 可能位于编译器生成的代码中的寄存器或堆栈中？如果编译器在每次引用 tmp 时，实际上都会从 &singleton_object 加载到寄存器并丢弃该值，该怎么办？下面引用的论文中的解决方案似乎取决于我们使用局部变量的事实。如果编译器没有将指针变量中的值加载到局部变量tmp，我们又回到了论文中描述的原始问题。

我的第三个问题是:假设编译器确实将 singleton_object 的值本地复制到寄存器或堆栈(即变量 tmp)中，为什么我们需要第一个屏障？函数开头的 tmp = singleton_object 和 if (tmp == NULL) 不应重新排序，因为与 tmp 存在隐式的先读后写依赖关系。另外，即使我们在第一次加载到 tmp 时从 CPU 缓存中读取过时的值，它也应该被读取为 NULL。如果它不为 NULL，则对象构造应该完成，因为构造它的线程/CPU 应该执行屏障，这确保在 singleton_object 具有非 NULL 值之前，x 和 y 的存储对所有 CPU 都是可见的。

Answer 1

1. When the paper describes insert barriers does it mean just the compiler, CPU or both?

   两个障碍都应该是CPU 障碍(这意味着编译器障碍)。

2. what prevents the compiler from replacing tmp with singleton_object in the code?

   赋值后的障碍

   sobject *tmp = singleton_object;
   

   除其他外，还意味着(对于 CPU 和编译器):

   ** 在屏障之前发出的所有读取访问都应在屏障之前完成。

   因此，编译器不允许读取屏障后的singleton_object变量而不是读取tmp。

3. If it (singleton_object) is not NULL, then the object construction should be complete, since the thread/CPU that constructs it should execute the barrier, which ensures that the stores to x and y are visible to all CPU's before singleton_object has a non NULL value.

   您需要为实际使用这些“可见”变量x和y执行屏障。如果没有屏障，读取线程可能会使用陈旧值。

   通常，不同线程之间的每次同步都需要双方存在某种“屏障”:读取和写入。