Question

当编写使用新引入的线程同步原语的C ++ 11代码来使用宽松的内存排序时，通常会看到

std::atomic<int> vv;
int i = vv.load(std::memory_order_acquire);

或

vv.store(42, std::memory_order_release);

我很清楚为什么这是有道理的。

我的问题是：vv.store(42, std::memory_order_acquire)和vv.load(std::memory_order_release)组合是否也有意义？在哪种情况下可以使用它们？这些组合的语义是什么？

Answer 1

这根本不被允许。 C ++（11）标准对可以对加载/存储操作施加的内存顺序约束有要求。

对于载荷（§29.6.5）：

要求：订单参数不应为memory_order_release，也不应为memory_order_acq_rel。

对于商店：

要求：订单参数不应为memory_order_consume，memory_order_acquire，也不应为memory_order_acq_rel。

Answer 2

这些组合没有任何意义，也不允许使用它们。

获取操作将先前的非原子写入或副作用与释放操作同步，以便在实现获取（加载）时，在发布（存储）之前发生的所有其他存储（效果）也是可见的（对于线程获得发布的相同原子。）

现在，如果你可以（并且会做）获取商店和发布加载，它该怎么办？获取操作应该与哪个存储同步？本身？

Answer 3

C / C ++ / LLVM内存模型足以进行同步确保在访问之前可以访问数据的策略它。虽然这涵盖了大多数常见的同步原语，但很有用通过在较弱的上建立一致的模型可以获得属性保证。

最大的例子是seqlock。它依赖于“推测性地”读取可能不存在的数据一致的状态。因为允许读取与写入竞争，读者不会阻止编写者 - 一种在Linux中使用的属性内核，即使用户进程也允许更新系统时钟正在反复阅读它。 seqlock的另一个优点是现代SMP拱门与读者数量完美匹配：因为读者不需要任何锁，他们只需要共享访问缓存行。

seqlock的理想实现将使用类似的东西阅读器中的“释放负载”，这在任何专业都没有编程语言。内核使用a full read fence来解决这个问题，它可以跨架构进行扩展，但是doesn't achieve optimal performance。

Answer 4

执行组合vv.store（42，std :: memory_order_acquire）和 vv.load（std :: memory_order_release）也有意义吗？

从技术上讲，它们在形式上是被禁止的，但是了解这一点并不重要，除了编写C ++代码。

它们根本无法在模型中定义，即使您不编写代码，也要了解和理解这一点很重要。

请注意，禁止使用这些值是一个重要的设计选择：如果编写your_own::atomic<>类，则可以选择允许这些值并将其定义为等同于宽松操作。

了解设计空间很重要；您不必对所有C ++线程原始设计选择有太多的尊重，其中某些选择纯粹是任意的。

在哪种情况下可以使用它们？的语义是什么这些组合？

没有人，作为，您必须了解读不是写的基本概念（花了我一段时间才可以得到它）。您只有在了解了非线性执行后才能声称自己了解这种非线性执行。

在没有异步信号的非线程程序中，所有步骤都是顺序的，读取不写入是没有关系的：如果您安排序列点到一个对象，则对对象的所有读取都可以重写值。请注意，如果您允许写入自己的常量值（实际上，只要内存为R / W，就可以）。

因此，在这样的级别上，读写之间的区别不是那么重要。您可以设法定义仅基于语义的操作，该操作既是对存储单元的读取又是对存储单元的读写，这样就可以写入常量，而读取不使用的无效值是可以的。

我当然不建议这样做，因为模糊读写之间的区别非常难看。

但是对于多线程，您确实不想写只读取的数据：不仅会创建数据争用（当您回写旧值时，您可以任意声明不重要），也不会当写入操作更改共享对象的缓存行的状态时，映射到CPU世界视图。读取不是写入这一事实对于多线程程序的效率至关重要，远比单线程程序有效。

在抽象级别上，对原子的存储操作是一种修改，因此它是其修改顺序的一部分，而负载不是：负载仅指向修改顺序中的某个位置（负载可以看到原子存储的值或初始值，即在进行所有原子修改之前在构造时建立的值。

修改是相互排序的，而负载是不，仅针对修改。（您可以将负载查看为完全同时发生。）

获取和释放操作是关于创建历史记录（过去）并进行通信：对对象的释放操作使您过去的原子对象成为过去，而获取操作使过去的事物成为您的过去。

不是原子RMW的修改看不到先前的值；另一方面，先包含一个负载再再包含一个存储（在一个或两个原子上）的算法会看到一些先前的值，但通常不能保证看到修改之前按修改顺序剩下的值，因此获取负载X后跟释放存储区Y会传递历史记录，并将过去（在某个时候通过X看到的另一个释放操作在另一个线程处）的过去与原子变量相关的过去（由Y构成）的一部分剩下的时间）。

RMW在语义上不同于获取然后发布，因为在发布和获取之间的历史记录中从来没有“空格”。这意味着仅使用acq + rel RMW操作的程序始终保持顺序一致，因为它们可以完全消除与之交互的所有线程的使用。

因此，如果您想要acq + rel加载或存储，只需执行RMW读或RMW写操作：

acq + rel负载是RMW回写相同的值
acq + rel存储正在RMW取消了原始值

您可以编写自己的（强）原子类，该类用于（强）加载和（强）存储：在逻辑上将其定义为您的类将使所有操作（甚至是负载）成为操作的操作历史的一部分。（强）原子对象。因此，“（强）存储”可以观察到“（强）负载”，因为它们既是（原子）修改又是对底层正常原子对象的读取。

请注意，对于使用宽松原子操作的程序，在此类“强原子”对象上的acq_rel操作集比在正常原子上的seq_cst操作集的意图保证具有严格更强的保证： seq_cst的设计者的意图是，使用seq_cst不会使使用混合原子操作的程序通常顺序一致。

原子<t> .load（）与std :: memory_order_release </t>

4 个答案: