使用GCC写入Atomic 64位

Question

关于多线程编程，我陷入了困惑，希望有人可以来帮助我。

在做了相当多的阅读之后，我已经明白我应该能够在64位系统¹上原子地设置64位int的值。

我发现很多这种阅读很困难，所以我想我会尝试做一个测试来验证这一点。 所以我用一个线程编写了一个简单的程序，它将一个变量设置为两个值中的一个：

bool switcher = false;

while(true)
{
    if (switcher)
        foo = a;
    else
        foo = b;
    switcher = !switcher;
}

另一个会检查foo值的线程：

while (true)
{
    __uint64_t blah = foo;
    if ((blah != a) && (blah != b))
    {
        cout << "Not atomic! " << blah << endl;
    }
}

我设置a = 1844674407370955161; 和b = 1144644202170355111; 。 我运行这个程序并没有得到输出警告我说blah是不是a或b 。

很好，看起来它可能是一个原子写...但是，然后，我改变了第一个线程直接设置a和b ，如下所示：

bool switcher = false;

while(true)
{
    if (switcher)
        foo = 1844674407370955161;
    else
        foo = 1144644202170355111;
    switcher = !switcher;
}

我重新跑了，然后突然：

Not atomic! 1144644203261303193
Not atomic! 1844674406280007079
Not atomic! 1144644203261303193
Not atomic! 1844674406280007079

改变了什么？ 无论哪种方式，我都要给foo分配一个大数字 - 编译器是否以不同的方式处理一个常数，或者我误解了一切？

谢谢！

---

1： Intel CPU文档，第8.1节，保证原子操作

2： GCC开发列表讨论GCC不保证它在文档中，但内核和其他程序依赖它

Answer 1

反汇编循环，我用gcc得到以下代码：

.globl _switcher
_switcher:
LFB2:
    pushq   %rbp
LCFI0:
    movq    %rsp, %rbp
LCFI1:
    movl    $0, -4(%rbp)
L2:
    cmpl    $0, -4(%rbp)
    je  L3
    movq    _foo@GOTPCREL(%rip), %rax
    movl    $-1717986919, (%rax)
    movl    $429496729, 4(%rax)
    jmp L5
L3:
    movq    _foo@GOTPCREL(%rip), %rax
    movl    $1486032295, (%rax)
    movl    $266508246, 4(%rax)
L5:
    cmpl    $0, -4(%rbp)
    sete    %al
    movzbl  %al, %eax
    movl    %eax, -4(%rbp)
    jmp L2
LFE2:

因此看起来gcc确实使用具有32位立即值的32位movl指令。 有一个指令movq可以将64位寄存器移动到存储器（或存储器移动到64位寄存器），但它似乎无法设置将立即值移动到存储器地址，因此编译器被强制要么使用临时寄存器，然后将值移动到内存，要么使用movl 。 您可以尝试使用临时变量强制它使用寄存器，但这可能不起作用。

参考文献：

• MOV
• MOVQ

Answer 2

http://www.x86-64.org/documentation/assembly.html

内部指令的立即值保持32位。

编译器无法通过原子方式分配64位常数，除非首先填充寄存器然后将该寄存器移动到变量。 这可能比直接分配给变量更昂贵，并且由于语言不需要原子性，因此不选择原子解决方案。

Answer 3

英特尔CPU文档是正确的，对齐8字节读/写在最近的硬件上总是原子的（即使在32位操作系统上）。

你没告诉我们，你在32位系统上使用64位硬件吗？ 如果是这样，8字节写入很可能被编译器分成两个4字节写入。

只需查看目标代码中的相关部分即可。