gcc原子读写

Question

我有一个多线程应用程序，其中我有一个生产者线程（主）和多个消费者。

现在，从主要方面来说，我希望在消费者的工作范围内有一定比例。实现计数器很容易，因为循环完成的工作。然而，由于这个循环重复了几千次，甚至可能超过一百万次。我不想互斥这个部分。所以我开始研究写入int的一些原子选项。

据我所知，我可以使用gcc的内置原子函数： https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.1.2/gcc/Atomic-Builtins.html

但是，它没有只读取我想要处理的变量的功能。

基本上我的问题是。

1. 我可以安全地从我的制作人那里读取变量，只要我使用原子内置函数来写入消费者中的同一个变量

或

1. 我需要某种不同的函数来从变量中读取。
是什么功能

Answer 1

定义“安全”。

如果您只是在x86上使用常规读取，对于自然对齐的32位或更小的数据，读取是原子的，因此您将始终读取有效值，而不是包含由一个线程写入的某些字节的值，而是一些另一个。如果这些事情中的任何一个都不正确（不是x86，不是自然对齐，大于32位......），所有投注都会关闭。

尽管如此，您无法保证读取的值特别新鲜，或者在多次读取中看到的值序列将以任何特定顺序排列。我已经看到使用volatile的天真代码来打败编译器完全优化读取但没有其他同步机制，实际上从来没有看到由于CPU缓存而更新的值。

如果这些事情中的任何一个对您很重要，而且他们确实应该这样做，那么您应该明确地使读取原子并使用适当的内存屏障。你引用的内在函数为你处理这两件事：你可以调用一个原子内在函数，除了返回值之外没有任何副作用：

__sync_val_compare_and_swap(ptr, 0, 0)

或

__sync_add_and_fetch(ptr, 0)

或

__sync_sub_and_fetch(ptr, 0)

或其他什么

Answer 2

如果您的编译器支持它，您可以使用C11原子类型。它们在标准的第7.17节中介绍，但遗憾的是它们是可选的，因此如果不支持__STDC_NO_ATOMICS__，则必须检查gcc是否定义为至少抛出有意义的错误。

使用{{1}}，您显然至少需要版本4.9，否则标题丢失（here is a SO question about this, but I can't verify because I don't have GCC-4.9）。

Answer 3

我会回答你的问题，但你应该事先知道原子并不便宜。每次使用原子时，CPU都必须在内核之间进行同步，如果在紧密循环中使用原子，则不会喜欢性能结果。

您链接的页面列出了 writer 的原子操作，但没有说明应该如何读取这些变量。答案是您的其他CPU内核将“看到”更新的值，但您的编译器可能会将旧值“缓存”在寄存器或堆栈中。为防止出现这种情况，我建议您声明变量volatile以强制编译器不要缓存旧值。

您将遇到的唯一安全问题是陈旧数据，如上所述。

如果你试图用原子做更复杂的事情，你可能遇到一个细微和随机的问题，一个线程写的命令原子与你在另一个线程中看到这些改变的命令。遗憾的是，您没有使用内置语言功能，并且编译器内置设计并不完美。如果您选择使用这些内置函数，我建议您保持逻辑非常简单。

Answer 4

如果我理解了这个问题，我就不会对计数器使用任何原子变量。每个工作线程可以有一个单独的计数器，它在本地更新，主线程可以读取整个计数器阵列的近似快照值，因此这成为1个消费者1生产者问题。通过使用__sync_synchronize（）或类似内容，可以使主线程对内存可见，例如每5秒一次。