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c++ - 乱序执行的获取-释放对

coder 2024-02-04 原文

我在考虑原子变量是否可以加载获取-释放对中的旧值。 假设我们有原子变量 x，我们用释放语义存储该变量，然后用获取语义加载它，理论上是否可以读取旧值？

std::atomic<int> x = 0;

void thread_1()
{
   x.store(1, std::memory_order_release);
}
void thread_2()
{
   assert(x.load(std::memory_order_acquire) != 0);
}

如果函数线程 1 在线程 2 加载 x 时完成(因此存储了新值)，线程 2 是否可以从 x 加载旧值？换句话说，如果对 x 的实际存储在加载之前完成，断言是否有可能触发？

据我从网上的文章中了解到这是可能的，但我不明白为什么。 store to x 生成的内存栅栏保证清空存储缓冲区，而从 x 加载中获取内存栅栏保证使缓存行无效，因此它必须读取最新值。

已添加

这是否意味着 acquire-release 本身没有任何强制顺序？只有在发布之前完成的任何事情都会在发布之前发生，而在获取之后完成的所有事情都会在它之后发生，所以获取-释放对强制对其他操作进行排序(为什么？？)。我做对了吗？这是否意味着在下面的代码中断言保证不会触发

std::atomic<int> x = 0;
std::atomic<int> y = 0;

void thread_1()
{
   y.store(1, std::memory_order_relaxed);
   x.store(1, std::memory_order_release);
}
void thread_2()
{
   x.load(std::memory_order_acquire);
   assert(y.load(std::memory_order_relaxed) != 0);
}

如果线程 1 已经完成存储，当然会再次发生。如果我们将 x.load 替换为 while (x.load() == 0) 这将 100% 起作用，但我不知道是什么原因导致它起作用。

如果我用下面的代码替换代码会怎么样

std::atomic<int> x = 0;

void thread_1()
{
   x.exchange(1, std::memory_order_acq_rel);
}
void thread_2()
{
   assert(x.exchange(0, std::memory_order_acq_rel) != 0);
}

它会改变什么吗？

谢谢。

最佳答案

您可以将具有释放/获取内存顺序的存储/加载函数视为以下伪代码:

template<class T>
struct weak_atomic
{
   void store(T newValue)
   {
      ReleaseBarrier();
      m_value = newValue;
   }

   T load()
   {
      T value = m_value;
      AcquireBarrier();
      return value;      
   }

   volatile T m_value;
}

你说

Memory fence generated by store to x guaranties to empty store buffer

据我了解，释放内存屏障将导致 CPU 刷新其存储缓冲区，但它将在之前将新值应用于 x。因此，似乎可以通过另一个 CPU 从 x 读取旧值。

无论如何，弱原子是一个非常复杂的领域。在继续进行无锁编程之前，请确保您了解内存屏障。

已添加

看来您仍然对内存障碍感到困惑。这是一个非常常见的用法示例。

volatile int  x;
volatile bool ok;

void thread_1()
{
   x = 100;
   ok = true;
}

void thread_2()
{
   if (ok)
   {
      assert(x == 100);
   }
}

由于乱序执行，您可能会得到以下序列:

thread 1 sets ok to true
thread 2 checks ok is true and reads some garbage from x
thread 1 sets x to 100 but it is too late

另一种可能的顺序:

thread 2 reads some garbage from x
thread 2 checks for ok value

我们可以通过释放和获取内存屏障来解决这个问题。

volatile int  x;
volatile bool ok;

void thread_1()
{
   x = 100;
   ReleaseBarrier();
   ok = true;
}

void thread_2()
{
   if (ok)
   {
      AcquireBarrier();
      assert(x == 100);
   }
}

ReleaseBarrier() 保证内存写入不能跳过屏障。 这意味着 ok 仅在 x 已包含有效值时才设置为 true。

AcquireBarrier() 保证内存读取不会跳过屏障。 这意味着只有在检查ok 状态后，才会读取x 的值。

这就是发布/获取对的用途。我们可以用我的 weak_atomic 重写这个例子。

volatile int  x;
weak_atomic<bool> ok;

void thread_1()
{
   x = 100;
   ok.store(true);
}

void thread_2()
{
   if (ok.load())
   {
      assert(x == 100);
   }
}

关于c++ - 乱序执行的获取-释放对，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/4442934/

amp43codethreadprec++synchronizationc++11atomicmemory-fences

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