Question

当从一个线程向另一个线程发送内存位置的地址时，如何确保数据不会卡在CPU缓存中，以及第二个线程实际读取的值是否正确？（我正在使用socketpair（）发送从一个线程到另一个线程的指针）

相关问题，c ++编译器和线程原语如何确定需要专门为同步处理的内存地址。

struct Test { int  fld; }

thread_1 ( ) {
  Test *ptr1 = new Test;
  ptr1->fld = 100;
  ::write(write_fd, &ptr1, sizeof(ptr1));
}

thread_2 () {
  Test *ptr2;
  ::read(read_fd, &ptr2, sizeof(ptr2));
  // WHAT MAGIC IS REQUIRED TO ENSURE THIS ?
  assert(ptr2->fld == 100 );
}

Answer 1

如果要在同一进程中的线程之间传递值，我将确保std::atomic<int>作为字段类型，以及相关的setter和getter函数。显然，将指针从一个进程传递到另一个进程根本不起作用，除非它来自内存区域，保证在两个进程中具有相同的地址 - 例如共享内存，但是你不应该需要套接字。 ..

编译器通常不知道如何处理缓存，除了atomic类型（技术上，原子通常使用单独的指令处理，而不是缓存刷新和缓存失效，以及处理器）硬件处理相关的“与其他处理器谈论缓存内容”）。

操作系统（当然会受到错误）在进程间或进程内传递时会发生这种情况。但是对于传递指针，你不能依赖它，新接收的指针值是正确的，但指针指向的内容不是缓存管理的。

在某些处理器中，您可以使用内存屏障来确定线程之间内存内容的正确顺序。这迫使处理器“在此之前执行所有内存操作”。但是，对于read和write等系统调用，操作系统应该为您处理，并确保在read开始之前已正确写入内存读取它想要存储在套接字缓冲区中的内存，write在存储数据后会有一个内存屏障（在这种情况下是指针的值，但内存屏障会影响之前的所有读取和/或写入）那一点）。

如果您要实现自己的原语传递数据，并且处理器没有缓存一致性（大多数现代处理器都这样做），您还需要为写入端添加缓存刷新和缓存阅读方无效。这取决于体系结构，在标准C或C ++中不支持这种情况（在某些处理器中，只有OS功能[内核模式]可以刷新或使缓存内容无效，在其他处理器中它可以在用户模式代码中完成 - 此类操作的粒度也有所不同，可能需要刷新或使整个缓存系统无效，或者一次刷新32,64或128个字节的单行）

Answer 2

在C ++中，您不需要关心缓存等实现细节。您唯一需要做的就是确保C ++发生后发生关系。

正如Mats Petersson的回答所示，std::atomic是实现这一目标的一种方法。对原子变量的所有访问都是有序的，尽管顺序可能不是静态确定的（即如果有两个线程试图写入同一个原子变量，则无法预测哪个写入最后发生）。

另一种强制同步的机制是std::mutex。线程可以尝试锁定互斥锁，但一次只能锁定一个互斥锁。其他线程将阻止。编译器将确保当一个线程解锁互斥锁并且下一个线程锁定互斥锁时，第一个线程的写入可以由第二个线程读取。如果这需要刷新缓存，编译器将安排。

另一种机制是std::atomic_thread_fence。如果在线程之间共享多个对象（所有对象都在同一方向上），这将非常有用。您可以将其中一个原子化，并将栅栏“附加”到该原子变量，而不是将它们全部变为原子。然后，您最后写入原子变量，并首先读取它。显然，这最好封装在一个类中。

线程中的内存范围共享：确保数据不会卡在缓存中

2 个答案: