boost vs std原子序列一致性語義

Question

我想寫一個C ++無鎖對象，其中有許多記錄器線程記錄到一個大的全局（非原子）環形緩沖區，偶爾的讀取器線程想要盡可能多地讀取緩沖區中的數據。 我最終得到了一個全局原子計數器，記錄器獲取要寫入的位置，每個記錄器在寫入之前以原子方式遞增計數器。 讀者嘗試讀取緩沖區和per-logger本地（原子）變量，以了解特定緩沖區條目是否忙於由某個記錄器寫入，以避免使用它們。

所以我必須在純讀者線程和許多編寫器線程之間進行同步。 我覺得問題可以在不使用鎖的情況下解決，我可以依靠“發生后”關系來確定我的程序是否正確。

我已經嘗試過輕松的原子操作，但它不會起作用：原子變量存儲是釋放和負載被獲取，並且保證是某些獲取（及其后續工作）總是“發生在”某些發布之后（及其之前的工作） ）。 這意味着讀者線程（完全沒有存儲）無法保證在讀取緩沖區之后“發生”某些事情，這意味着我不知道某些記錄器是否覆蓋了部分緩沖區線程正在讀它。

所以我轉向順序一致性。 對我來說，“原子”是指Boost.Atomic，其中順序一致性概念有一個“模式” 記載 ：

通過Boost.Atomic協調線程的第三種模式使用seq_cst進行協調：如果......

1. thread1執行操作A，
2. thread1隨后用seq_cst執行任何操作，
3. thread1隨后執行操作B，
4. thread2執行操作C，
5. thread2隨后用seq_cst執行任何操作，
6. thread2隨后執行操作D，

然后要么“A發生在D之前”或“C發生在B之前”。

請注意，第二行和第五行表示“任何操作”，而不說是否修改任何內容或操作內容。 這提供了我想要的保證。

所有人都很高興，直到我看到Herb Sutter題為“原子<> Weapnos”的談話。 他暗示的是seq_cst只是一個acq_rel，具有一致的原子商店排序的額外保證。 我轉向cppreference.com ，它有類似的描述。

所以我的問題：

1. C ++ 11和Boost Atomic是否實現了相同的內存模型？
2. 如果（1）為“是”，是否意味着Boost所描述的“模式”以某種方式隱含在C ++ 11內存模型中？ 怎么樣？ 或者它是否意味着cppreference中的Boost或C ++ 11的文檔是錯誤的？
3. 如果（1）是“否”，或者（2）是“是，但是Boost文檔不正確”，有沒有辦法在C ++ 11中實現我想要的效果，即保證（后續的工作） ）一些原子存儲發生在（前面的工作）一些原子載荷之后？

Answer 1

我在這里沒有看到答案，所以我再次在Boost用戶郵件列表中詢問。 我也沒有看到任何答案（除了建議調查Boost lockfree），所以我計划問Herb Sutter（無論如何都沒有回答）。 但在此之前，我用Google搜索了“C ++內存模型”。 在閱讀Hans Boehm（ http://www.hboehm.info/c++mm/ ）的頁面后，我可以回答我自己的大部分問題。 我用Google搜索了一下，這次是為了“C ++數據競賽”，並在Bartosz Milewski的一頁上登陸（ 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問題。 不幸的是，鑒於這些知識，我仍然不知道如何做我想做的事情。 也許我想做的事實上在標准C ++中實際上是無法實現的。

我的第一部分問題是：“C ++ 11和Boost.Atomic是否實現了相同的內存模型？” 答案主要是“是”。 問題的第二部分：“如果（1）是'是'，它是否意味着Boost描述的”模式“在某種程度上暗示了C ++ 11內存模型？” 答案是，是的。 “怎么樣？” 通過此處的證據（ http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2392.html ）回答。 從本質上講，對於無數據競爭的程序，添加到acq_rel的一點點就足以保證seq_cst所需的行為。 所以這兩個文檔雖然可能令人困惑，但都是正確的。

現在真正的問題是：雖然（1）和（2）都得到“是”答案，但我的原始程序是錯誤的！ 我忽略了（實際上，我不知道）C ++的一個重要規則：具有數據競爭的程序具有未定義的行為（而不是“未指定”或“實現定義”行為）。 也就是說，只有當我的程序完全沒有數據爭用時，編譯器才會保證程序的行為。 沒有鎖定，我的程序包含數據競爭：純讀取器線程可以隨時讀取，即使在記錄器線程忙於寫入時也是如此。 這是“未定義的行為”，規則說計算機可以做任何事情（“火災”規則）。 要修復它，必須使用我前面提到的Bartosz Milewski頁面中的想法，即更改環形緩沖區以僅包含原子內容，以便編譯器知道它的順序很重要，不能與操作重新排序標記為需要順序一致性。 如果需要開銷最小化，可以使用放松的原子操作寫入它。

不幸的是，這也適用於讀者線程。 我不能只是“memcpy”整個內存緩沖區。 相反，我還必須使用寬松的原子操作來一個接一個地讀取緩沖區。 這會導致性能下降，但我實際上別無選擇。 幸運的是，對我來說，自卸車的性能對我來說並不重要：無論如何它很少運行。 但是，如果我想要“memcpy”的表現，我會得到一個“沒有解決方案”的答案：C ++沒有提供“我知道有數據競爭的語義，你可以在這里向我返回任何內容，但不要搞砸我的程序”。 要么你確保沒有數據競爭並支付成本來定義一切，或者你有一個數據競爭，並允許編譯器讓你入獄。