boost vs std原子序列一致性语义

Question

我想写一个C ++无锁对象，其中有许多记录器线程记录到一个大的全局（非原子）环形缓冲区，偶尔的读取器线程想要尽可能多地读取缓冲区中的数据。 我最终得到了一个全局原子计数器，记录器获取要写入的位置，每个记录器在写入之前以原子方式递增计数器。 读者尝试读取缓冲区和per-logger本地（原子）变量，以了解特定缓冲区条目是否忙于由某个记录器写入，以避免使用它们。

所以我必须在纯读者线程和许多编写器线程之间进行同步。 我觉得问题可以在不使用锁的情况下解决，我可以依靠“发生后”关系来确定我的程序是否正确。

我已经尝试过轻松的原子操作，但它不会起作用：原子变量存储是释放和负载被获取，并且保证是某些获取（及其后续工作）总是“发生在”某些发布之后（及其之前的工作） ）。 这意味着读者线程（完全没有存储）无法保证在读取缓冲区之后“发生”某些事情，这意味着我不知道某些记录器是否覆盖了部分缓冲区线程正在读它。

所以我转向顺序一致性。 对我来说，“原子”是指Boost.Atomic，其中顺序一致性概念有一个“模式” 记载 ：

通过Boost.Atomic协调线程的第三种模式使用seq_cst进行协调：如果......

1. thread1执行操作A，
2. thread1随后用seq_cst执行任何操作，
3. thread1随后执行操作B，
4. thread2执行操作C，
5. thread2随后用seq_cst执行任何操作，
6. thread2随后执行操作D，

然后要么“A发生在D之前”或“C发生在B之前”。

请注意，第二行和第五行表示“任何操作”，而不说是否修改任何内容或操作内容。 这提供了我想要的保证。

所有人都很高兴，直到我看到Herb Sutter题为“原子<> Weapnos”的谈话。 他暗示的是seq_cst只是一个acq_rel，具有一致的原子商店排序的额外保证。 我转向cppreference.com ，它有类似的描述。

所以我的问题：

1. C ++ 11和Boost Atomic是否实现了相同的内存模型？
2. 如果（1）为“是”，是否意味着Boost所描述的“模式”以某种方式隐含在C ++ 11内存模型中？ 怎么样？ 或者它是否意味着cppreference中的Boost或C ++ 11的文档是错误的？
3. 如果（1）是“否”，或者（2）是“是，但是Boost文档不正确”，有没有办法在C ++ 11中实现我想要的效果，即保证（后续的工作） ）一些原子存储发生在（前面的工作）一些原子载荷之后？

Answer 1

我在这里没有看到答案，所以我再次在Boost用户邮件列表中询问。 我也没有看到任何答案（除了建议调查Boost lockfree），所以我计划问Herb Sutter（无论如何都没有回答）。 但在此之前，我用Google搜索了“C ++内存模型”。 在阅读Hans Boehm（ http://www.hboehm.info/c++mm/ ）的页面后，我可以回答我自己的大部分问题。 我用Google搜索了一下，这次是为了“C ++数据竞赛”，并在Bartosz Milewski的一页上登陆（ http://bartoszmilewski.com/2014/10/25/dealing-with-benign-data-races-the- c-way / ）。 然后我可以回答更多我自己的问题。 不幸的是，鉴于这些知识，我仍然不知道如何做我想做的事情。 也许我想做的事实上在标准C ++中实际上是无法实现的。

我的第一部分问题是：“C ++ 11和Boost.Atomic是否实现了相同的内存模型？” 答案主要是“是”。 问题的第二部分：“如果（1）是'是'，它是否意味着Boost描述的”模式“在某种程度上暗示了C ++ 11内存模型？” 答案是，是的。 “怎么样？” 通过此处的证据（ http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2392.html ）回答。 从本质上讲，对于无数据竞争的程序，添加到acq_rel的一点点就足以保证seq_cst所需的行为。 所以这两个文档虽然可能令人困惑，但都是正确的。

现在真正的问题是：虽然（1）和（2）都得到“是”答案，但我的原始程序是错误的！ 我忽略了（实际上，我不知道）C ++的一个重要规则：具有数据竞争的程序具有未定义的行为（而不是“未指定”或“实现定义”行为）。 也就是说，只有当我的程序完全没有数据争用时，编译器才会保证程序的行为。 没有锁定，我的程序包含数据竞争：纯读取器线程可以随时读取，即使在记录器线程忙于写入时也是如此。 这是“未定义的行为”，规则说计算机可以做任何事情（“火灾”规则）。 要修复它，必须使用我前面提到的Bartosz Milewski页面中的想法，即更改环形缓冲区以仅包含原子内容，以便编译器知道它的顺序很重要，不能与操作重新排序标记为需要顺序一致性。 如果需要开销最小化，可以使用放松的原子操作写入它。

不幸的是，这也适用于读者线程。 我不能只是“memcpy”整个内存缓冲区。 相反，我还必须使用宽松的原子操作来一个接一个地读取缓冲区。 这会导致性能下降，但我实际上别无选择。 幸运的是，对我来说，自卸车的性能对我来说并不重要：无论如何它很少运行。 但是，如果我想要“memcpy”的表现，我会得到一个“没有解决方案”的答案：C ++没有提供“我知道有数据竞争的语义，你可以在这里向我返回任何内容，但不要搞砸我的程序”。 要么你确保没有数据竞争并支付成本来定义一切，或者你有一个数据竞争，并允许编译器让你入狱。