Question

我阅读了C ++ Standard（n4713）的§32.6.1 3：

无锁的操作也应无地址。那是，通过两个不同的原子对同一内存位置进行原子操作地址将自动进行通信。实施不应该取决于任何按进程的状态。此限制使内存通信多次映射到一个进程以及两个进程之间共享的内存。

因此，听起来可以在同一存储位置上执行无锁原子操作。我不知道该怎么办。

假设我在Linux上有一个命名的共享内存段（通过shm_open（）和mmap（））。例如，如何在共享内存段的前4个字节上执行无锁操作？

起初，我以为我可以reinterpret_cast指向std::atomic<int32_t>*的指针。但是后来我读了this。首先指出std :: atomic的T或对齐方式可能不相同：

当我们设计C ++ 11原子时，我被误认为可以半便携式地将原子操作应用于数据使用诸如
之类的代码未声明为原子的

int x; reinterpret_cast<atomic<int>&>(x).fetch_add(1);

如果atomic和int的表示形式显然会失败不同，或者它们的对齐方式不同。但是我知道这不是我关心的平台上的问题。而且，在实践中，我可以轻松地进行测试通过在编译时检查大小和对齐方式来解决问题匹配。

在这种情况下，这对我很好，因为我在同一台计算机上使用共享内存，并且在两个不同进程中强制转换指针将“获取”相同的位置。但是，该文章指出，编译器可能不会将强制转换的指针视为指向原子类型的指针：

但是，即使在以下平台上，也不能保证这是可靠的可能会期望它起作用，因为它可能会使基于类型的混淆编译器中的别名分析。编译器可能会假设int为也不能作为atomic<int>访问。（请参见最后一个3.10 [Basic.lval] 段落。

欢迎任何输入！

Answer 1

C ++标准本身并不涉及多个进程，因此不会有任何正式的答案。这个答案将假定程序在同步方面的行为与线程在某种程度上相同。

第一个解决方案需要C ++ 20 atomic_ref

void* shared_mem = /* something */

auto p1 = new (shared_mem) int;  // For creating the shared object
auto p2 = (int*)shared_mem;      // For getting the shared object

std::atomic_ref<int> i{p2};      // Use i as if atomic<int>

这可以防止共享内存中存在不透明的原子类型，从而使您可以精确控制其中的确切内容。

C ++ 20之前的解决方案是

auto p1 = new (shared_mem) atomic<int>;  // For creating the shared object
auto p2 = (atomic<int>*)shared_mem;      // For getting the shared object

auto& i = *p2;

或使用C11 atomic_load和atomic_store

volatile int* i = (volatile int*)shared_mem;
atomic_store(i, 42);
int i2 = atomic_load(i);

Answer 2

是的，对于所有这些，C ++标准有点meal嘴。

如果您使用的是Windows（可能不是），则可以使用InterlockedExchange()等，它提供了所有必需的语义，并且不在乎所引用的对象在哪里（这是一个LONG *）。

在其他平台上，gcc有一些atomic builtins可能对此有所帮助。他们可能使您摆脱标准编写者的暴政。麻烦的是，很难测试生成的代码是否是防弹的。

Answer 3

在所有主流平台上，std::atomic<T>确实具有与T相同的大小，但是如果T具有alignof

您可以使用以下方法检查这些假设：

  static_assert(sizeof(T) == sizeof(std::atomic<T>), 
            "atomic<T> isn't the same size as T");

  static_assert(std::atomic<T>::is_always_lock_free,  // C++17
            "atomic<T> isn't lock-free, unusable on shared mem");

  auto atomic_ptr = static_cast<atomic<int>*>(some_ptr);
           // beware strict-aliasing violations
           // don't also access the same memory via int*
           // unless you're aware of possible issues
      // also make sure that the ptr is aligned to alignof(atomic<T>)
      // otherwise you might get tearing (non-atomicity)

在并非如此的奇异C ++实现中，想要在共享内存上使用您的代码的人将需要做其他事情。

或者如果 all 从所有进程始终使用atomic<T>访问共享内存，那没有问题，您只需要无锁来保证无地址。（您确实需要检查以下内容：std :: atomic将锁的哈希表用于非无锁。这取决于地址，并且单独的进程将具有单独的锁的哈希表。）

在同一地址具有2个std :: atomic变量的两个不同过程？

3 个答案: