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c++ - 使用 C++11 原子编写(旋转)线程屏障

coder 2023-11-15 原文

我试图让自己熟悉 c++11 原子，所以我尝试为线程编写一个屏障类(在有人提示不使用现有类之前:这更多是为了学习/ self 改进，而不是由于任何实际需要).我的类(class)基本上如下所示:

class barrier
{
private:
    std::atomic<int> counter[2];
    std::atomic<int> lock[2];
    std::atomic<int> cur_idx;
    int thread_count;
public:
    //constructors...
    bool wait();
};

所有成员都初始化为零，thread_count 除外，它保存适当的计数。 我已经将等待功能实现为

int idx  = cur_idx.load();
if(lock[idx].load() == 0)
{
    lock[idx].store(1);
}
int val = counter[idx].fetch_add(1);
if(val >= thread_count - 1)
{
    counter[idx].store(0);
    cur_idx.fetch_xor(1);
    lock[idx].store(0);
    return true;
}
while(lock[idx].load() == 1);
return false;

然而，当尝试将它与两个线程(thread_count 为 2)一起使用时，第一个线程进入等待循环就好了，但第二个线程没有解锁屏障(似乎它甚至没有到达int val = counter[idx].fetch_add(1); ，但我不太确定。但是，当我通过使用 volatile int 而不是 std::atomic<int> 并编写 wait 来使用 gcc 原子内在函数时，如下所示:

int idx = cur_idx;
if(lock[idx] == 0)
{
    __sync_val_compare_and_swap(&lock[idx], 0, 1);
}
int val = __sync_fetch_and_add(&counter[idx], 1);
if(val >= thread_count - 1)
{
    __sync_synchronize();
    counter[idx] = 0;
    cur_idx ^= 1;
    __sync_synchronize();
    lock[idx] = 0;
    __sync_synchronize();
    return true;
}
while(lock[idx] == 1);
return false;

它工作得很好。根据我的理解，这两个版本之间不应该有任何根本的区别(更重要的是，如果第二个版本不太可能起作用的话)。那么以下哪种情况适用？

  1. 我很幸运地实现了第二个实现，我的算法很糟糕
  2. 我没有完全理解std::atomic第一个变体有问题(但第二个没有)
  3. 它应该可以工作，但是 c++11 库的实验性实现并不像我希望的那样成熟

郑重声明，我使用的是 32 位 mingw 和 gcc 4.6.1

调用代码如下所示:

spin_barrier b(2);
std::thread t([&b]()->void
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::duration<double>(0.1));
    b.wait();
});
b.wait();
t.join();

因为 mingw 没有 whave <thread> headers jet 我使用了一个自己编写的版本，它基本上包装了适当的 pthread 函数(在有人问之前:是的，它可以在没有障碍的情况下工作，所以包装应该不是问题) 任何见解将不胜感激。

编辑:对算法的解释使其更清晰:

  • thread_count是等待屏障的线程数(所以如果 thread_count 线程在屏障中，所有线程都可以离开屏障)。
  • lock当第一个(或任何)线程进入屏障时设置为 1。
  • counter计算屏障内有多少线程，并为每个线程自动递增一次
  • if counter>=thread_count所有线程都在屏障内，因此计数器和锁重置为零
  • 否则线程等待lock成为零
  • 在下次使用屏障时使用不同的变量(counter、lock)确保如果线程仍在等待第一次使用屏障时不会出现问题(例如，当屏障被抢占时它们已被抢占)解除)

编辑2: 我现在已经在 linux 下使用 gcc 4.5.1 测试了它，两个版本似乎都工作得很好，这似乎表明 mingw 的 std::atomic 有问题。 ，但我仍然不完全相信，因为调查了 <atomic> header revaled 大多数函数只是调用适当的 gcc-atomic，这意味着两个版本之间真的不应该有区别

最佳答案

我不知道这是否有帮助，但 Herb Sutter 的并发队列实现中的以下片段使用了基于原子的自旋锁:

std::atomic<bool> consumerLock;

{   // the critical section
    while (consumerLock.exchange(true)) { }  // this is the spinlock

    // do something useful

    consumerLock = false;  // unlock
}

事实上，标准为这种需要无锁操作的构造提供了一个专门构建的类型，std::atomic_flag。这样，关键部分将如下所示:

std::atomic_flag consumerLock;

{
    // critical section

    while (consumerLock.test_and_set()) { /* spin */ }

    // do stuff

    consumerLock.clear();
}

(如果愿意，您可以在那里使用获取和释放内存排序。)

关于c++ - 使用 C++11 原子编写(旋转)线程屏障，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/8115267/

amp屏障codeidxc++multithreadinggccc++11

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