c - 通过_Atomic指针进行的非原子结构修改是否会产生数据争用？

Question

我试图了解C11内存模型的工作原理，并编写了两个函数，其中包含conflict的表达式(就5.1.2.4(p4)而言):

struct my_struct{
    uint64_t first;
    int64_t second;
} * _Atomic instance;

void* set_first(void *ignored){
    uint64_t i = 0;
    while(1){
        struct my_struct *ms = atomic_load_explicit(&instance, memory_order_acquire);
        ms -> first = i++;
        atomic_store_explicit(&instance, ms, memory_order_release);
        sleep(1);
    }
}

void* print_first(void *ignored){
    while(1){
        struct my_struct *ms = atomic_load_explicit(&instance, memory_order_acquire);
        uint64_t current = ms -> first;
        char buf[100];
        memset(buf, '\0', sizeof(buf));
        sprintf(buf, "%" PRIu64 "\n", current);
        fputs_unlocked(buf, stdout);
        sleep(2);
    }
}

和主要功能:

int main(void){
    struct my_struct tmp = {.first = 0, .second = 0};
    atomic_init(&instance, &tmp);
    printf("main\n");
    pthread_t set_thread;
    pthread_create(&set_thread, NULL, &set_first, NULL);

    pthread_t print_thread;
    pthread_create(&print_thread, NULL, &print_first, NULL);
    while(1){
        sleep(100);
    }
}

因此，我试图证明该程序是否不包含任何数据争用。这是我的想法:

我们知道原子对象上的释放操作与对象上的获取操作同步。因此，atomic_store_explicit(&instance, ms, memory_order_release);中的set_first 与atomic_load_explicit(&instance, memory_order_acquire)中的 print_first同步。

由于ms -> first = i++函数中的副作用set_first出现在程序文本中的atomic_store_explicit(&instance, ms, memory_order_release);之前，所以我认为它是序列化的-在之前(这是我不确定的，找不到任何规范性引用)。

组合项目符号1.和2.意味着ms -> first = i++ 线程间发生在 atomic_load_explicit(&instance, memory_order_acquire);之前，因此它们在中发生在关系之前。

应用数据争用定义，我们得出结论，将uint64_t current = ms -> first;函数中的print_first和ms -> first = i++;函数中的set_first限制 Action 不会产生数据争用。

因此，行为似乎是明确定义的。

值得怀疑的是， ms -> first = i++; 在 atomic_store_explicit(&instance, ms, memory_order_release);之前排序，因为它们在程序文本中一个接一个地出现。

是正确的还是程序包含数据争用？

Answer 1

通过non-_Atomic指针修改非原子对象本身并不是数据争用UB。 (例如，您可以使用一种执行int *p = shared_ptr++;的算法，以使每个线程在非原子数组中抓取自己的插槽。)

但是在这种情况下，您有一个明确的UB案例，因为您有2个线程访问main的tmp.first，并且它们都不都是读取的。

带有mo_release的商店在任何先前的商店(和装载)之后(包括像ms->first = ...这样的非原子性商店)都被排序。这就是发行商店与放松之间的关系。

但是推理的缺陷在于步骤1:atomic_store_explicit(&instance, ms, memory_order_release)中的set_first 仅与获取负载并显示存储的值同步! 不必神奇地等待尚未发生的发布存储，就可以获取其他线程中的加载。可以保证的是，如果/当您确实加载发行版store1存储的值时，您还可以从该线程中看到所有较早的内容。

如果获取负载发生在发布存储之前(按全局顺序，如果有的话)，那么就没有同步。

这两个线程中的acquire-load可以同时发生，然后狐狸出现在鸡舍中:ms -> first = i++;和uint64_t current = ms -> first;在没有同步的情况下运行。

编写线程稍后将进行释放存储以将相同的值存储回instance中是完全不相关的。

脚注1:
(标准中的“发布顺序”语言将其扩展到查看RMW操作的结果，该操作修改了初始发布存储的结果，依此类推。)

就其他线程而言，atomic_load_explicit中的set_first基本上是无关紧要的。您也可以将其从环路中吊起。