Question

在C ++ 0x中的一个原子变量文档中，当描述内存顺序时，它提到：

发布 - 获取订购

在强烈排序的系统（x86，SPARC，IBM大型机）上，发布 - 获取订购是   自动。仅为此同步模式不会发出其他CPU指令   某些编译器优化会受到影响......

首先是真的，x86遵循严格的内存排序？似乎效率非常低，总是强加于此。意味着每次写入和读取都有围栏？

另外，如果我在x86系统上有一个对齐的int，原子变量是否可以用于任何目的？

Answer 1

是的，x86确实有严格的内存排序，请参阅Intel manuals的第3A卷第8.2章。较老的x86处理器（如386）提供了真正严格的排序（称为强排序）语义，而更现代的x86处理器在少数情况下略微放松了条件，但您无需担心。例如，当写入是高速缓存命中时（因此读取的地址不同），Pentium和486允许读取高速缓存未命中超过缓冲写入。

是的，效率低下。有时，高性能软件仅针对具有更宽松内存排序要求的其他架构编写。

是的，原子变量仍然在x86上有用。它们与编译器具有特殊的语义，使得典型的read-modify-write操作以原子方式发生。如果你有两个线程同时递增一个原子变量（我的意思是C ++ 11中类型为std::atomic<T>的变量），你可以放心，该值将大2;没有std::atomic，你可能会得到错误的值，因为一个线程在执行增量时缓存了寄存器中的当前值，即使存储到内存在x86上是原子的。

Answer 2

确实，在x86上，所有商店都有发布，所有加载都具有获取语义。

这不会也不应该影响您编写C ++的方式：要编写并发，无竞争的代码，您必须使用std::atomic构造或锁。

架构细节的含义是，在x86上，只要您最多要求获取/发布顺序，就会对原子字大小类型的操作生成很少或没有额外代码。（顺序一致性将发出mfence指令。但是，您仍然必须使用C ++原子类型，并且不能省略它们以便拥有正确，格式正确的程序。原子变量的一个重要特性是它们阻止编译器重新排序，这对于程序的正确性至关重要。

（Pre-C ++ 11，您将不得不使用编译器提供的扩展，例如GCC的__sync_*函数套件，这将使编译器正常运行。如果您真的想使用裸变量，你至少必须自己插入编译器障碍。）

Answer 3

有一个不错的重新排序操作的表，可以发生，并且（例如）x86很少有。其他架构（众所周知的Alpha）几乎可以做任何事情。

对于内存模型由标准定义，x86等本质上是合规的。

关于原子变量的问题答案略有不同。对变量的任何修改都涉及竞争条件，这样当多个线程更新同一个变量时，更新可能会丢失。定义原子变量使得它们是原子操作的正确类型，从而消除了这种竞争条件。所以他们的目的之一不是订购。

Answer 4

请注意，释放/获取语义不一定意味着每条指令后都有一个mfence。在x86上保持，可以在@Adam Rosenfield引用的手册中看到，或者快速查看Wikipedia。然而，x86具有存储的释放语义并且可以获取负载的语义。

来自Kerrek SB的答案：

架构细节的含义是，在x86上，只要您最多要求获取/发布顺序，就会对原子字大小类型的操作生成很少或没有额外代码。（但顺序一致性会发出mfence指令。）

请注意，顺序一致性是默认值！（例如参见cppreference).

这意味着......

#include <atomic>
#include <cassert>
#include <string>

std::atomic<std::string*> ptr;

void producer()
{
    std::string* p  = new std::string("Hello");
    ptr = p;
}

void consumer()
{
    std::string* p2;
    while (!(p2 = ptr))
        ;
    assert(*p2 == "Hello"); // never fails
}

（x86上的g ++ -std = c ++ 11 -S -O3）

...实际上会导致在生成器函数中发出mfence以解释x86上的上述放松（）。

然而......

#include <atomic>
#include <cassert>
#include <string>

std::atomic<std::string*> ptr;

void producer()
{
    std::string* p  = new std::string("Hello");
    ptr.store(p, std::memory_order_release);
}

void consumer()
{
    std::string* p2;
    while (!(p2 = ptr.load(std::memory_order_acquire)))
        ;
    assert(*p2 == "Hello"); // never fails
}

（x86上的g ++ -std = c ++ 11 -S -O3）

...不会插入mfence，因为x86具有存储的释放语义并且可以获取加载的语义。

C ++ 11原子x86内存排序

4 个答案: