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c++ - 比较和交换 : synchronizing via different data sizes

coder 2023-06-03 原文

使用 GCC 内置的 C 原子原语，我们可以使用 __atomic_compare_exchange 执行原子 CAS 操作。

与 C++11 的 std::atomic 类型不同，GCC C 原子原语在常规的非原子整数类型上运行，包括 cmpxchg16b 平台上的 128 位整数> 支持。 (C++ 标准的 future 版本可能支持与 std::atomic_view 类模板类似的功能。)

这让我产生疑问:

如果对较大数据大小的原子 CAS 操作观察到由对同一内存位置的原子操作发生的变化，但使用较小的数据大小会发生什么？

例如，假设我们有:

struct uint128_type {
  uint64_t x;
  uint64_t y;
} __attribute__ ((aligned (16)));

假设我们有一个 uint128_type 类型的共享变量，比如:

uint128_type Foo;

现在，假设线程 A:

    Foo expected = { 0, 0 };
    Foo desired = { 100, 100 };
    int result = __atomic_compare_exchange(
        &Foo, 
        &expected, 
        &desired, 
        0, 
        __ATOMIC_SEQ_CST
    );

线程 B 会这样做:

    uint64_t expected = 0;
    uint64_t desired = 500;
    int result = __atomic_compare_exchange(
        &Foo.x, 
        &expected, 
        &desired, 
        0, 
        __ATOMIC_SEQ_CST
    );

如果线程 A 的 16 字节 CAS 发生在线程 B 的 8 字节 CAS 之前会发生什么(反之亦然)？ CAS 是否正常失败？这甚至是定义的行为吗？这是否可能在支持 16b CAS 的 x86_64 等典型架构上“做正确的事”？

编辑:要清楚，因为它似乎会引起混淆，我不询问上述行为是否由 C++ 标准定义。显然，所有 __atomic_* 函数都是 GCC 扩展。 (但是，如果 std::atomic_view 变得标准化， future 的 C++ 标准可能必须定义这类事情。)我更一般地询问典型现代硬件上原子操作的语义。举个例子，如果 x86_64 代码有 2 个线程对同一个内存地址执行原子操作，但是一个线程使用 CMPXCHG8b 而另一个使用 CMPXCHG16b，那么一个线程执行原子操作对单个词进行 CAS，而对双词进行原子 CAS，这些操作的语义是如何定义的？更具体地说，CMPXCHG16b 是否会因为先前的 CMPXCHG8b 观察到数据与预期值发生变异而失败？

换言之，使用两种不同数据大小(但起始内存地址相同)的两种不同 CAS 操作能否安全地用于线程间同步？

最佳答案

一个或另一个先发生，每个操作都根据自己的语义进行。

在 x86 CPU 上，这两个操作都需要锁定在整个操作过程中保持的同一高速缓存行。因此，无论谁先获得该锁，都不会看到第二次操作的任何效果，而无论谁第二次获得该锁，都会看到第一次操作的所有效果。两种操作的语义都将得到充分尊重。

其他硬件可能会以其他方式达到这个结果，但如果它没有达到这个结果，它就会被破坏，除非它指定它有限制。

关于c++ - 比较和交换 : synchronizing via different data sizes，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/36658597/

synchronizingampcodesectionatomicc++gcc

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