Question

x86下的并行编程可能很难，尤其是在多核CPU下。假设我们有多核x86 CPU和更多不同的多线程通信组合。

单一作家和单一读者
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哪个模型更好（更有效）锁定共享内存区域：测试＆amp;设置或测试和测试＆amp;设置以及何时使用它！

这里我在x86汇编程序的Delphi IDE下编写了两个简单（没有时间限制）的测试程序：

procedure TestAndSet(const oldValue, newValue: cardinal; var destination);
asm
//eax = oldValue
//edx = NewLockValue
//ecx = destination = 32 bit pointer on lock variable 4 byte aligned
@RepeatSpinLoop:
        push    eax                   //Save lock oldValue (compared)
        pause                         //CPU spin-loop hint
        lock    cmpxchg dword ptr [ecx], edx
        pop     eax                   //Restore eax as oldValue
        jnz     @RepeatSpinLoop       //Repeat if cmpxchg wasn't successful
end;

procedure TestAndTestAndSet(const oldValue, newValue: cardinal; var destination);
asm
//eax = oldValue
//edx = NewLockValue
//ecx = destination = 32 bit pointer on lock variable 4 byte aligned
@RepeatSpinLoop:
        push    eax                   //Save lock oldValue (compared)
@SpinLoop:
        pause                         //CPU spin-loop hint
        cmp     dword ptr [ecx], eax  //Test betfore test&set
        jnz     @SpinLoop
        lock    cmpxchg dword ptr [ecx], edx
        pop     eax                   //Restore eax as oldValue
        jnz     @RepeatSpinLoop       //Repeat if cmpxchg wasn't successful
end;

修改

英特尔在文档中提到了两种方法测试和设置或测试＆amp;测试和设置。我不会在哪种情况下建立更好的方法，所以何时使用它。检查：Intel

Answer 1

当然第一个（testAndSet）更好，因为使用cmp＆amp; amp;重复测试时第二个没有达到太多jnz - 介于两者之间。当您这样做时，目标值可能会因为未锁定而改变。

Answer 2

TTAS（＃2）是一种很好的做法。在CAS之前“潜伏”并等待“机会”是Java和.NET并发类中的常见做法。话虽如此，cmpxchg在过去几年中得到了很多优化，所以你可能会在最新的处理器上获得几乎相同的结果。

在这两种情况下你应该尝试的是，当你旋转时使用一些exponential backoff。

<强>更新

@GJ：你应该找到some more up-to-date documentation on Intel's site。请注意自486以来没有锁定总线的段落以及xchg和cmpxchg的对比图表，它们显示它们实际上是相同的。

在locked指令上旋转读取仍然是一个好主意，以避免在独占模式下获取缓存行时出现一些争用。（所以TTAS。）

然而，只有在您实施的情况下，这才能提供有用的增益。指数后退，甚至在一段时间后产生CPU。

如果您使用的是单个现代多核CPU，并且核心之间具有共享L3缓存，那么TTAS和TAS之间的差异，或者没有退避将会更小，如果您使用多核，则会更加明显插座 - 例如服务器 - 机器或核心之间没有共享缓存的多核CPU。根据争用的数量，它们也会有所不同。（即轻载会看到TTAS / TAS之间的差异较小。）

Answer 3

我会使用第二个approch，一个没有锁定的测试，然后在测试过程中锁定，并提出一些建议：

使用调用SwitchToThread而不是暂停
在非锁定重复cmp循环中调用SwitchToThread
仅在cmp / lock失败时才调用SwitchToThread

在所有情况下，我认为你会更好：

使用Windows API进行同步，如果您真的想要在项目中处理低级同步，请参阅Synchronization Functions on MSDN - Microsoft为您做了低级别和优化工作。大多数这些调用都是优化的asm代码，在用户模式下运行，因此非常快。
使用高级多线程框架，在实践中将为您处理所有这些问题，并且最终可以很好地扩展 - 请参阅Delphi OmniThreadLibrary
使用专用的内存管理器，例如NexusMM，TBBMM或ScaleMM / SynScaleMM

何时使用Test＆amp; Set或Test＆amp; Test＆amp; Set？

3 个答案: