Question

使用GCC内置C原子基元，我们可以使用__atomic_compare_exchange执行原子CAS操作。

与C ++ 11的std::atomic类型不同，GCC C原子基元在常规非原子积分类型上运行，包括支持cmpxchg16b的平台上的128位整数。（C ++标准的未来版本可能支持与std::atomic_view类模板类似的功能。）

这让我有疑问：

如果对较大数据大小的原子CAS操作观察到同一内存位置上的原子操作发生的更改，但使用较小的数据大小会发生什么？

例如，假设我们有：

struct uint128_type {
  uint64_t x;
  uint64_t y;
} __attribute__ ((aligned (16)));

假设我们有一个uint128_type类型的共享变量，例如：

uint128_type Foo;

现在，假设线程A执行：

    Foo expected = { 0, 0 };
    Foo desired = { 100, 100 };
    int result = __atomic_compare_exchange(
        &Foo, 
        &expected, 
        &desired, 
        0, 
        __ATOMIC_SEQ_CST
    );

线程B确实：

    uint64_t expected = 0;
    uint64_t desired = 500;
    int result = __atomic_compare_exchange(
        &Foo.x, 
        &expected, 
        &desired, 
        0, 
        __ATOMIC_SEQ_CST
    );

如果线程A的16字节CAS发生在线程B的8字节CAS之前（或反之亦然），会发生什么？ CAS是否正常失败？这甚至是定义的行为吗？这有可能＆＃34;做正确的事情＆＃34;在像x86_64这样支持16b CAS的典型架构上？

编辑：要清楚，因为它似乎引起了混淆，我不询问上述行为是否由C ++标准定义。显然，所有__atomic_ *函数都是GCC扩展。（但是，如果std::atomic_view变得标准化，未来的C ++标准可能必须定义这种东西。）我更普遍地询问典型现代硬件上原子操作的语义。例如，如果x86_64代码有2个线程对同一个内存地址执行原子操作，但是一个线程使用CMPXCHG8b而另一个线程使用CMPXCHG16b，那么一个线程对单个字执行原子CAS，而另一个是双字的原子CAS，这些操作的语义是如何定义的？更具体地说，CMPXCHG16b是否会失败，因为它会观察到由于之前的CMPXCHG8b而数据已从预期值发生变异？

换句话说，使用两种不同数据大小（但相同的起始内存地址）的两种不同CAS操作可以安全地用于线程之间的同步吗？

Answer 1

首先发生一个或另一个，每个操作都按照自己的语义进行。

在x86 CPU上，两个操作都需要锁定整个操作中保持的同一缓存行。因此，无论哪一个获得该锁定，都不会看到第二个操作的任何影响，无论哪个获得该锁定，都会看到第一个操作的所有效果。两个操作的语义都将得到充分尊重。

其他硬件可能会以其他方式实现此结果，但如果它没有达到此结果，除非它指定它有限制，否则它会被破坏。

Answer 2

最终，原子数据将位于内存中的某个位置，并且所有对它的访问（或者当操作是原子的时，对各个缓存的访问）都将被序列化。由于CAS操作应该是原子的，它将作为一个整体执行或根本不执行。

话虽这么说，其中一项行动将取得成功，第二项行动将失败。订单是不确定的。

来自x86 Instruction Set Reference：

该指令可与LOCK前缀一起使用，以允许指令以原子方式执行。为了简化处理器总线的接口，目标操作数接收写周期而不考虑比较结果。如果比较失败，则写回目标操作数;否则，源操作数将写入目标。（处理器永远不会产生锁定读取，也不会产生锁定写入。）

显然，两个线程都会在锁定读取后尝试锁定写入（当与LOCK前缀一起使用时），这意味着只有其中一个将成功执行CAS，另一个将读取已经更改的值。 / p>

Answer 3

原子的定义不太可能改变，强调我的

在并发编程中，一个操作（或一组操作）是原子的，如果它可以线性化，不可分割或不可中断系统的其余部分即时发生。原子性是一种 保证隔离来自并发进程。

你的问题是......

如果观察到更大数据大小的原子CAS操作会发生什么由同一记忆中的原子操作发生的变化位置，但使用较小的数据？

根据定义，使用原子操作修改的两个重叠的内存区域不能同时发生变异，即两个操作必须线性发生或不发生原子。

Answer 4

在检查潜在冲突的原子操作之间的冲突时，硬件通常非常保守。甚至可能发生两个CAS操作到两个完全不同的，非重叠的地址范围可能被检测到彼此冲突。

比较和交换：通过不同的数据大小进行同步

4 个答案: