C ++：仍然需要std :: atomic的__sync_synchronize（）吗？

Question

我一直遇到不常见但又经常发生的比赛情况。 该程序有两个线程，并使用std :: atomic。 我将代码的关键部分简化为：

std::atomic<uint64_t> b;  // flag, initialized to 0
uint64_t data[100];  // shared data, initialized to 0

线程1（发布）：

// set various shared variables here, for example
data[5] = 10;

uint64_t a = b.exchange(1);  // signal to thread 2 that data is ready

线程2（接收）：

if (b.load() != 0) {  // signal that data is ready
  // read various shared variables here, for example:
  uint64_t x = data[5];
  // race condition sometimes (x sometimes not consistent)
}

奇怪的是，当我向每个线程添加__sync_synchronize（）时，竞争条件就会消失。 我已经看到这发生在两个不同的服务器上。

即当我将代码更改为如下所示时，问题就消失了：

线程1（发布）：

// set various shared variables here, for example
data[5] = 10;

__sync_synchronize();
uint64_t a = b.exchange(1);  // signal to thread 2 that data is ready

线程2（接收）：

if (b.load() != 0) {  // signal that data is ready
  __sync_synchronize();
  // read various shared variables here, for example:
  uint64_t x = data[5];
}

为什么需要__sync_synchronize（）？ 由于我认为交换和加载都可以确保逻辑的正确顺序，因此这似乎是多余的。

架构是x86_64处理器，Linux，G ++ 4.6.2

Answer 1

虽然无法通过简化的代码说出实际应用程序中实际发生了什么，但是__sync_synchronize帮助，并且该函数是内存障碍的事实告诉我，您在一个线程中编写东西，而另一个线程以一种非原子的方式阅读。

一个例子：

thread_1:

    object *p = new object;
    p->x = 1;
    b.exchange(p);   /* give pointer p to other thread */

thread_2:

    object *p = b.load();
    if (p->x == 1) do_stuff();
    else error("Huh?");

这很可能触发线程2中的错误路径，因为当线程2读取新的指针值p时， p->x的写入实际上尚未完成。

在这种情况下，在thread_1代码中添加内存屏障应该可以解决此问题。 请注意，在这种情况下，thread_2中的内存屏障将无法执行任何操作-它可能会更改时间并似乎可以解决问题，但这并不是正确的选择。 如果您正在读取/写入两个线程之间共享的内存，则可能仍然需要两侧都有内存屏障。

我了解这可能并不完全是您的代码正在执行的操作，但是概念是相同的__sync_synchronize确保在该函数调用之前，所有指令的内存读取和内存写入均已完成[这不是真正的函数调用，它将内联一条指令，等待任何未完成的内存操作完成]。

值得注意的是，对std::atomic操作仅会影响存储在atomic对象中的实际数据。 不读取/写入其他数据。

有时，您还需要一个“编译器屏障”，以避免编译器将内容从操作的一侧移到另一侧：

  std::atomic<bool> flag(false);
  value = 42;
  flag.store(true);

  ....

另一个线程：

  while(!flag.load());
  print(value); 

现在，编译器有可能生成第一种形式，如下所示：

  flag.store(true);
  value = 42;

现在，那不是很好，是吗？ std :: atomic肯定会成为“编译器障碍”，但在其他情况下，编译器可能会以类似的方式很好地摆弄东西。