C ++ 11 atomics：将它们与内存映射I / O一起使用是否有意义，甚至可能？

Question

据我了解，C volatile和内存asm的内联asm已用于在内存映射I / O之上实现设备驱动程序。在Linux内核中可以找到几个例子。

如果我们忘记了未捕获异常的风险（如果有的话），用C ++ 11原子替换它们是否有意义？或者，它有可能吗？

Answer 1

据我所知，读取引用std::atomic旨在管理对内存的多线程访问（并发等）。但据我所知，正如你所说，volatile是为内存映射I / O和信号处理等内容而设计的。因此，volatile对原子访问没有影响，如果单独使用，则不能解决像原子一样的多线程访问问题。反之亦然 - 原子不提供volatile的特征。

因此，对你的问题的简短回答是否定的。

Answer 2

通常，您可以使用原子替换内存栅栏，但不能替换volatile，除非它与栅栏一起用于线程间通信。

关于内存映射I / O，原子不够的原因是：

• volatile保证您对程序中该变量的所有内存访问都会确实发生，并且它们恰好按照您指定的顺序发生（在单个线程中）。
• std::atomic只保证您的程序就好像所有这些内存访问一样（根据C ++的内存模型，它不知道关于内存映射I / O）和 - 取决于指定的内存排序 - ，好像它们按指定的顺序发生。

实际上，这意味着编译器可以例如用一次写入替换对相同（非易失性）原子的连续写入（如果之间没有其他同步），对于读取也是如此。如果不使用读取的结果，它甚至可以完全消除读取（编译器可能仍然必须发出内存屏障）。

在更理论的层面上，如果您的编译器可以证明您的所有程序都返回42，则允许将其转换为单个指令，而与程序在此过程中使用的线程数和原子数无关。如果你的程序使用不是这种情况的volatile变量。

编辑：例如This paper显示了允许编译器应用于原子循环变量的一些可能的（可能是意外的）优化。