c - 多核和多 CPU 环境中的 mmap 线程安全

Question

当谈到共享内存时，我对多核和多 CPU 环境之间的真正问题有点困惑，特别是 C 中的 mmap。

我有一个应用程序利用 mmap 在 2 个进程之间共享多个内存段。每个进程都可以访问:

1. 一个状态和控制内存段
2. 原始数据(最多 8 个独立的原始数据缓冲区)

状态和控制段本质上用作 IPC。 IE，它可能传达缓冲区 1 已准备好接收数据，或缓冲区 3 已准备好处理，或者状态和控制内存段在被父或子等更新时被锁定。

我的理解是，如果我错了请纠正我，在单板 PC 类型基础设施上的多核 CPU 环境中，mmap 是安全的。也就是说，无论 CPU 中的内核数量如何，RAM 在任何时候都只能由单个内核(或进程)访问。

这种单进程 RAM 访问的假设是否也适用于多 CPU 系统？也就是说，具有多个 CPU 的单个 PC 样式主板(我猜每个 CPU 中有多个内核)。

如果不是，我将需要认真地重新考虑我的逻辑以允许多 CPU 的单板机!

如有任何想法，我们将不胜感激!

PS - 我所说的单板是指单一、独立的 PC 风格系统。这不包括大型机等......只是为了澄清:)

Answer 1

RAM is only ever accessed by a single core (or process) at any one time.

退后一步，考虑一下您的假设均值。从理论上讲，是的，这个说法是正确的，但我不认为它意味着你认为的意思。除了“如果两个 CPU 同时写入同一地址，内存不会着火”之外，您无法从中得出任何实际结论。让我解释一下。

如果一个 CPU/进程写入一个内存位置，然后另一个 CPU/进程写入同一个位置，内存写入不会同时发生，它们将一次发生一个。你通常不能推断出哪个写入会先于另一个写入，你不能推断出一个 CPU 的读取是否会在另一个 CPU 的写入之前发生，一些较旧的 CPU 你甚至无法推断出多-字节(实际上是多字)值将一次存储/访问一个字节或一次多个字节(这意味着读取和写入多字节值可以在 CPU 或进程之间交错)。

此处多 CPU 唯一改变的是内存读写顺序。在单个 CPU 读取内存时，您可以非常确定您从内存中读取的内容会更早地写入同一内​​存(如果没有其他硬件正在读取/写入内存，那么所有赌注都将关闭)。在多个 CPU 上，读取和写入不同内存位置的顺序会让您感到惊讶(cpu 1 写入地址 1，然后写入地址 2，但 cpu 2 可能只看到地址 2 的新值和地址 1 的旧值)。

因此，除非您有来自您的操作系统和/或 CPU 制造商的特定文档，否则您不能做出任何假设(除非对同一内存位置的两次写入发生，一个将在另一个之前发生)。这就是为什么您应该使用 C11 中的 pthreads 或 stdatomic.h 之类的库来进行适当的锁定和同步，或者真正深入研究 CPU 文档中最复杂的部分以真正了解将发生什么。 pthreads 中的锁定原语不仅提供锁定，它们还保证内存正确同步。 stdatomic.h 是保证内存同步的另一种方式，但您应该仔细阅读 C11 标准以了解它 promise 和不 promise 的内容。