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C++ 标准 : can relaxed atomic stores be lifted above a mutex lock?

coder 2023-06-03 原文

标准中是否有任何措辞保证对原子的宽松存储不会被提升到互斥锁的锁定之上？如果没有，是否有任何措辞明确表示编译器或 CPU 这样做是符合犹太教规的？

例如，采用以下程序(它可能使用 acq/rel 来处理 foo_has_been_set 并避免锁定，和/或使 foo 本身原子化。它是这样写的来说明这个问题。)

std::mutex mu;
int foo = 0;  // Guarded by mu
std::atomic<bool> foo_has_been_set{false};

void SetFoo() {
  mu.lock();
  foo = 1;
  foo_has_been_set.store(true, std::memory_order_relaxed);
  mu.unlock();
}

void CheckFoo() {
  if (foo_has_been_set.load(std::memory_order_relaxed)) {
    mu.lock();
    assert(foo == 1);
    mu.unlock();
  }
}

如果另一个线程同时调用 SetFoo，CheckFoo 是否可能在上述程序中崩溃，或者是否可以保证存储到 foo_has_been_set 不能被编译器和 CPU 提升到对 mu.lock 的调用之上？

这与 an older question 有关，但我不是 100% 清楚那里的答案适用于此。特别是，该问题答案中的反例可能适用于对 SetFoo 的两个并发调用，但我对编译器知道有一个对 SetFoo<> 和一次对 CheckFoo 的调用。能保证安全吗？

我正在寻找标准中的具体引用。

最佳答案

我想我已经找到了保证 程序不能崩溃。在下面的答案中，我引用了 version N4659标准草案。

写线程A和读线程B涉及的代码是:

A1: mu.lock()
A2: foo = 1
A3: foo_has_been_set.store(relaxed)
A4: mu.unlock()

B1: foo_has_been_set.load(relaxed) <-- (stop if false)
B2: mu.lock()
B3: assert(foo == 1)
B4: mu.unlock()

我们寻求证明，如果 B3 执行，那么 A2 在 B3 之前发生，如 [intro.races]/10 中所定义。 .作者 [intro.races]/10.2 ，足以证明A2线程间发生 B3之前。

因为对给定互斥体的锁定和解锁操作是一次性发生的 订单( [thread.mutex.requirements.mutex]/5 )，我们必须有 A1 或 B2 先来。两种情况:

  1. 假设 A1 发生在 B2 之前。然后由 [thread.mutex.class]/1和 [thread.mutex.requirements.mutex]/25 ，我们知道 A4 会与 B2 同步。 因此由 [intro.races]/9.1 , A4 线程间发生在 B2 之前。由于 B2 是 在 B3 之前排序，由 [intro.races]/9.3.1我们知道 A4 线程间 发生在 B3 之前。由于 A2 在 A4 之前排序，因此 [intro.races]/9.3.2 ， A2 线程间发生在 B3 之前。

  2. 假设 B2 发生在 A1 之前。那么按照上面同样的逻辑，我们知道 B4 与 A1 同步。因此，由于 A1 在 A3 之前排序，因此 [intro.races]/9.3.1 , B4 线程间发生在 A3 之前。因此，由于 B1 是 在 B4 之前排序，由 [intro.races]/9.3.2 , B1 线程间发生在 A3 之前。 因此由 [intro.races]/10.2 , B1 发生在 A3 之前。但后来根据[intro.races]/16 , B1 必须从 pre-A3 状态中取值。因此负载将返回 false，并且 B2 将永远不会运行。也就是说，这种情况不可能发生。

因此，如果 B3 完全执行(案例 1)，A2 在 B3 之前发生，并且断言将通过。 ∎

关于C++ 标准 : can relaxed atomic stores be lifted above a mutex lock?，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/45475241/

amprelaxednoreferrernoopenernofollowc++mutexmemory-modelstdatomicrelaxed-atomics

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