c++ - par_unseq 和 "vectorization-unsafe"函数

Question

我对 par_unseq 施加的限制感到困惑执行策略和“矢量化不安全”功能的想法。

我明白了:par_unseq执行策略允许编译器执行向量化，因此单个线程可以在不同的函数实例之间交错指令。因此，由于指令重新排序，使用互斥锁之类的东西可能会导致死锁。

但是无锁原子算法呢，比如 compare_exchange 循环呢？或者无需等待的原子算法，例如原子引用计数机制？

我最初认为这些没问题。然而，explanation at cppreference.com说:

Unsequenced execution policies are the only case where function calls are unsequenced with respect to each other, meaning they can be interleaved. In all other situations in C++, they are indeterminately-sequenced (cannot interleave). Because of that, users are not allowed to allocate or deallocate memory, acquire mutexes, use non-lockfree std::atomic specializations, or, in general, perform any vectorization-unsafe operations when using these policies (vectorization-unsafe functions are the ones that synchronize-with another function, e.g. std::mutex::unlock synchronizes-with the next std::mutex::lock)

这令人困惑，因为一方面它说无锁 std::atomic操作没问题，但另一方面它说矢量化不安全函数是任何函数 与 同步另一个功能。 C++ 标准中的术语“同步于”不仅仅意味着互斥体——它意味着任何与另一个同步的原子操作，例如使用 std::memory_order_acquire 的原子加载使用 std::memory_order_release 与原子存储同步.此类操作可以是无锁或无等待的，但仍会相互同步以保证线程之间的顺序。

那么是否可以使用无锁的获取/释放操作 std::atomic变量(只要所使用的算法实际上是无锁的，即至少有一个线程保证向前进度)？还是 par_unseq禁止任何同步(即只有放松的原子操作才能安全地使用)？

Answer 1

cppreference.com 不是权威。实际的 C++ 标准说 nothing关于在未排序算法中使用原子并简单地排除所有矢量化不安全操作。目标是消除迭代之间的任何依赖性。

无序执行策略允许在同一线程中同时执行多次迭代。这打破了通常的happens-before 语义和前进保证，并可能导致死锁。例如，等待前一次迭代结果的 CAS 循环可能永远不会完成，因为程序被重新排序以执行 8 个这样的循环，然后是 vector 运算。

int a[100]{};
std::atomic<int> busy = 0;
std::for_each(std::execution::par_unseq, std::begin(a), std::end(a), [&](int& x) {
    int expected;
    while (!busy.compare_exchange_strong(expected = 0, 1)) {} // might deadlock
    x++;
    busy = 0;
});

在实践中，您不希望将矢量化代码与原子访问混合使用，因为前者用于性能关键代码，而后者非常慢。向量化编译器也可能无法向量化此类代码。