Question

我试图通过一个例子来理解volatile的行为和C中的编译器优化。

为此，我提到了：

https://software.intel.com/en-us/blogs/2007/11/30/volatile-almost-useless-for-multi-threaded-programming

以上所有帖子都至少有一个与信号处理程序相关的答案所以为此，我编写了一个简单的代码来实际实现并观察Linux中的行为只是为了理解。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int counter = 0;

void *thread0_func(void *arg)
{
    printf("Thread 0\n");
    while(1)
    {

    }
    return NULL;
}

void *thread1_func(void *arg)
{
    printf("Thread 1\n");
    while(counter == 0)
    {
        printf("Counter: %d\n", counter);
        usleep(90000);
    }
    return NULL;
}

void action_handler(int sig_no)
{
    printf("SigINT Generated: %d\n",counter);
    counter += 1;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t thread_id[2];

    struct sigaction sa;

    sa.sa_handler = action_handler;

    if(sigaction(SIGINT, &sa, NULL))
        perror("Cannot Install Sig handler");


    if(pthread_create(&thread_id[0], NULL, thread0_func, NULL))
    {
        perror("Error Creating Thread 0");
    }
    if(pthread_create(&thread_id[1], NULL, thread1_func, NULL))
    {
        perror("Error Creating Thread 0");
    }
    else
    {

    }
    while(1)
    {
        if(counter >= 5)
        {
            printf("Value of Counter is more than five\n");
        }
        usleep(90000);
    }
    return (0);
}

此代码仅供学习和理解。

我尝试使用以下方法编译代码：
gcc -O3 main.c -o main -pthread

但是编译器没有对全局变量counter起作用，也没有优化它我期待*thread1_func在永久循环中执行而if (counter >= 5)永远不会真实。

我在这里缺少什么？

GCC版本：gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4)

Answer 1

您对counter价值的测试是否穿插了对usleep和printf的调用。这些是不透明的库调用。编译器无法透视它们，因此必须假设它们可以访问counter外部变量，因此必须在这些调用之后重新加载counter变量。

如果您移动这些调用，代码会按预期进行优化：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int counter = 0;

void *thread0_func(void *arg)
{
    printf("Thread 0\n");
    while(1)
    {

    }
    return NULL;
}

void *thread1_func(void *arg)
{
    printf("Thread 1\n");
    unsigned i=0;
    while(counter == 0)
    {
       i++;
    }
    printf("Thread 1: %d, i=%u\n", counter, i);
    return NULL;
}

void action_handler(int sig_no)
{
    printf("SigINT Generated: %d\n",counter);
    counter += 1;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t thread_id[2];

    struct sigaction sa;

    sa.sa_handler = action_handler;

    if(sigaction(SIGINT, &sa, NULL))
        perror("Cannot Install Sig handler");


    if(pthread_create(&thread_id[0], NULL, thread0_func, NULL))
    {
        perror("Error Creating Thread 0");
    }
    if(pthread_create(&thread_id[1], NULL, thread1_func, NULL))
    {
        perror("Error Creating Thread 0");
    }
    else
    {

    }
    while(1)
    {
        if(counter >= 5)
        {
            printf("Value of Counter is more than five\n");
        }
        usleep(90000);
    }
    return (0);
}

即使你使计数器变量static，编译器仍然不会优化，因为虽然外部库肯定不会看到计数器变量，但外部调用理论上可能有一个互斥锁，这将允许另一个在没有数据竞争的情况下更改变量的线程。现在，usleep和printf都不是围绕互斥锁的包装器，但是编译器不知道，也不进行线程间优化，所以它必须是保守的并且在重新加载计数器变量之后调用和重新加载会阻止您期望的优化。

当然，一个简单的解释是，如果信号处理程序执行，你的程序是未定义的，因为你应该创建counter volatile sig_atomic_t并且你应该已经同步了你的线程间访问权限使用_Atomic或互斥锁 - 以及在未定义的程序中，任何事情都是可能的。

为什么gcc没有优化全局变量？

1 个答案: