的std ::原子 <int> memory_order_relaxed多線程程序中的VS volatile sig_atomic_t

Question

volatile sig_atomic_t是否提供任何內存順序保證？ 例如，如果我只需要加載/存儲整數，是否可以使用？

例如：

volatile sig_atomic_t x = 0;
...
void f() {
  std::thread t([&] {x = 1;});
  while(x != 1) {/*waiting...*/}
  //done!
}

這是正確的代碼嗎？ 有條件可能不起作用嗎？

注意：這是一個過於簡化的示例，即我不想為給定的代碼片段尋找更好的解決方案。 我只是想了解根據C ++標准，在多線程程序中我可以從volatile sig_atomic_t中得到什么樣的行為。 或者，如果是這種情況，請理解為什么行為未定義。

我在這里發現了以下聲明：

庫類型sig_atomic_t不提供線程間同步或內存排序，僅提供原子性。

如果我在這里將它與這個定義進行比較：

memory_order_relaxed：放松操作：沒有對其他讀取或寫入施加同步或排序約束，只保證此操作的原子性

是不一樣的？ 究竟原子性在這里意味着什么？ volatile在這里有用嗎？ “不提供同步或內存排序”和“無同步或排序約束”之間有什么區別？

Answer 1

您正在使用sig_atomic_t類型的對象，該對象由兩個線程訪問（一個修改）。
根據C ++ 11內存模型，這是未定義的行為，簡單的解決方案是使用std::atomic<T>

std::sig_atomic_t和std::atomic<T>在不同的聯盟中。在便攜式代碼中，一個不能被另一個替換，反之亦然。

兩者共享的唯一屬性是原子性（不可分割的操作）。 這意味着對這些類型的對象的操作沒有（可觀察的）中間狀態，但就相似性而言。

sig_atomic_t沒有線程間屬性。 實際上，如果這個類型的對象被多個線程訪問（修改）（如示例代碼中所示），那么它在技術上是未定義的行為（數據競爭）; 因此，未定義線程間內存排序屬性。

什么是sig_atomic_t用於？

這種類型的對象可以在信號處理程序中使用，但前提是它被聲明為volatile 。 原子性和volatile保證2件事：

• 原子性：信號處理程序可以異步地將值存儲到對象中，任何讀取相同變量（在同一個線程中）的人只能觀察到之前或之后的值。
• volatile：存儲器不能被編譯器“優化掉”，因此在信號中斷執行的點（或之后）可見（在同一線程中）。

例如：

volatile sig_atomic_t quit {0};

void sig_handler(int signo)  // called upon arrival of a signal
{
    quit = 1;  // store value
}


void do_work()
{
    while (!quit)  // load value
    {
        ...
    }
}

雖然這段代碼是單線程的， do_work可以通過觸發sig_handler並原子地改變quit值的信號異步中斷。 如果沒有volatile ，編譯器可能會“ quit ”來自quit while循環的負載，使do_work無法觀察到由信號引起的quit更改。

為什么std::atomic<T>不能用作std::sig_atomic_t的替代？

一般來說， std::atomic<T>模板是一種不同的類型，因為它被設計為由多個線程並發訪問，並提供線程間排序保證。 原子性在CPU級別並不總是可用（特別是對於較大的類型T ），因此實現可能使用內部鎖來模擬原子行為。 std::atomic<T>是否對特定類型使用鎖定T可通過成員函數is_lock_free()或類常量is_always_lock_free （C ++ 17）獲得。

在信號處理程序中使用此類型的問題是，C ++標准不保證std::atomic<T>對於任何類型T都是無鎖的。 只有std::atomic_flag才有這種保證，但這是一種不同的類型。

想象一下上面的代碼，其中quit標志是std::atomic<int> ，恰好不是無鎖的。 當do_work()加載該值時，它有可能在獲取鎖之后但在釋放之前被信號中斷。 該信號觸發sig_handler() ，它現在想通過獲取do_work已經獲得的同一個鎖來存儲一個值來quit 。 這是未定義的行為，可能導致死鎖。
std::sig_atomic_t沒有這個問題，因為它沒有使用鎖定。 所需要的只是在CPU級別和許多平台上不可分割的類型，它可以簡單到：

typedef int sig_atomic_t;

底線是，在單線程中使用volatile std::sig_atomic_t作為信號處理程序，並在多線程環境中使用std::atomic<T>作為無數據競爭類型。