为什么gcc（3.4.5）中的用户空间atomic_t不起作用

Question

最近在我的工作中，我想在多线程程序中实现一个计数器。 我发现在我的GCC（3.4.5）中有一个名为atomic_t的用户空间数据类型。 但它似乎不是真正的原子。

我在具有12个内核的x86_64机器上测试了atomic_inc（）/ atomic_read（） ，并且linux内核是2.6.9。

这是演示。 我添加pthread_cond_t和pthread_cond_broadcast来提高并发度。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <pthread.h>
#include <asm/atomic.h>

atomic_t atomic_count;
pthread_cond_t g_cond;
pthread_mutex_t g_mutex;

void* thread_func(void*p) {
    pthread_mutex_t* lock = (pthread_mutex_t*)p;
    pthread_mutex_lock(lock);
    pthread_cond_wait(&g_cond, lock);
    pthread_mutex_unlock(lock);

    for (int i=0;i<20000;++i){
        atomic_inc(&atomic_count);
    }
    return NULL;
}
#define THRD_NUM 15

int main() {
    atomic_set(&atomic_count, 0);
    pthread_cond_init(&g_cond, NULL);
    pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL);
    pthread_t pid[THRD_NUM];

    for (int i=0; i<THRD_NUM; i++) {
        pthread_create(&pid[i], NULL, thread_func, &g_mutex);
    }

    sleep(3);
    pthread_cond_broadcast(&g_cond);

    for (int i=0; i<THRD_NUM; i++) {
        pthread_join(pid[i], NULL);
    }

    long ans = atomic_read(&atomic_count);
    printf("atomic_count:%ld \n", ans);
}

预期的结果是300000，但我们总是得到270000+或280000+。 我发现atomic_inc（）的实现是

 static __inline__ void atomic_inc(atomic_t *v)
 {
     __asm__ __volatile__(
         LOCK "incl %0"
         :"=m" (v->counter)
         :"m" (v->counter));
 }

根据intel手册， LOCK前缀具有完全屏障的语义。 这是否意味着程序的输出与指令重新排序无关？

更重要的是，我发现了一个有趣的现象。 如果我将THRD_NUM设置为小于12（我机器的核心编号），则错误频率会降低。 我认为这可能是由上下文切换引起的。 但我不知道这是怎么发生的。 有人能帮我吗？ 谢谢！

Answer 1

LOCK是一个宏。 你确定它实际上被定义为“锁定”，因为它应该实际做任何事情吗？

我很确定您使用的是仅用于内核的标头。 “asm”下的内容不应在userland中使用。

Answer 2

我假设<asm/atomic.h>是一些Linux内核头文件？ 它肯定不是C的一部分。 在C11中，你可以通过<stdatomic.h>获得<stdatomic.h> 。 你需要切换到更新的gcc。

我不知道你从哪里获得LOCK宏，但我认为它没有被正确定义。 在Linux的asm / atomic.h版本中，我发现谷歌搜索他们使用的是一个名为LOCK_PREFIX的宏，而不是LOCK 。

这是他们的atomic_inc代码：

93 static inline void atomic_inc(atomic_t *v)
94 {
95         asm volatile(LOCK_PREFIX "incl %0"
96                      : "+m" (v->counter));
97 }

这应该变成：

asm volatile("lock incl %0"
             : "+m" (v->counter));

我不再烦恼了，只是把字符串放入（ "lock incl %0" ）。

然后编译gcc -S myfile.c并确保在myfile.s你看到lock incl指令而不仅仅是一个普通的incl （没有lock ）。

Answer 3

我相信

atomic_t atomic_count;

应该

volatile atomic_t atomic_count;

试试吧。