c中的并发变量访问答案

【问题标题】：concurrent variable access in cc中的并发变量访问
【发布时间】：2009-05-16 06:50:53
【问题描述】：

我有一个关于 C 并发编程的相当具体的问题。我对此进行了相当多的研究，但看到了几个相互矛盾的答案，所以我希望得到一些澄清。我有一个类似于以下的程序（抱歉，代码块过长）：

typedef struct {
  pthread_mutex_t mutex;
  /* some shared data */
  int eventCounter;
} SharedData;

SharedData globalSharedData;

typedef struct {
  /* details unimportant */
} NewData;

void newData(NewData data) {
  int localCopyOfCounter;

  if (/* information contained in new data triggers an
         event */) {
    pthread_mutex_lock(&globalSharedData.mutex);
    localCopyOfCounter = ++globalSharedData.eventCounter;
    pthread_mutex_unlock(&globalSharedData.mutex);
  }
  else {
    return;
  }

  /* Perform long running computation. */

  if (localCopyOfCounter != globalSharedData.eventCounter) {
    /* A new event has happened, old information is stale and
       the current computation can be aborted. */
    return;
  }

  /* Perform another long running computation whose results
     depend on the previous one. */

  if (localCopyOfCounter != globalSharedData.eventCounter) {
    /* Another check for new event that causes information
       to be stale. */
    return;
  }

  /* Final stage of computation whose results depend on two
     previous stages. */
}

有一个线程池为传入数据的连接提供服务，因此可以同时运行多个 newData 实例。在多处理器环境中，我知道在正确处理此代码的计数器部分时存在两个问题：阻止编译器将共享计数器副本缓存在寄存器中，以便其他线程看不到它，并强制CPU 及时将计数器值的存储写入内存，以便其他线程可以看到它。我不希望在计数器检查周围使用同步调用，因为可以接受部分读取计数器值（它将产生与本地副本不同的值，这应该足以得出事件已发生的结论）。将 SharedData 中的 eventCounter 字段声明为 volatile 就足够了，还是我需要在这里做其他事情？还有没有更好的方法来处理这个问题？

【问题讨论】：

标签： c multithreading concurrency multicore

【解决方案1】：

不幸的是，C 标准很少提及并发性。但是，大多数编译器（无论如何，gcc 和 msvc）都会将 volatile 读取视为具有 acquire semantics —— volatile 变量将在每次访问时从内存中重新加载。这是可取的，您现在的代码可能最终会比较缓存在寄存器中的值。如果这两个比较都被优化了，我什至不会感到惊讶。

所以答案是肯定的，让eventCounter 易变。或者，如果您不想过多地限制编译器，可以使用以下函数来执行 eventCounter 的读取。

int load_acquire(volatile int * counter) { return *counter; }

if (localCopy != load_acquire(&sharedCopy))
    // ...

【讨论】：

【解决方案2】：

防止编译器缓存寄存器中的本地计数器副本所以其他线程看不到它

您的本地计数器副本是“本地的”，在执行堆栈上创建并且仅对正在运行的线程可见。每个其他线程都在不同的堆栈中运行，并且有自己的本地计数器变量（无并发）。

您的全局计数器应声明为 volatile 以避免寄存器优化。

【讨论】：

您对本地副本的看法是绝对正确的，我刚刚在我的文本中修复了该错误。

【解决方案3】：

您还可以使用手动编码的程序集或编译器intrinsics，这将保证对您的互斥体进行原子检查，它们也可以原子地 ++ 和 -- 您的计数器。

现在 volatile 是 useless，在大多数情况下，您应该查看内存屏障，它们是其他低级 CPU 工具，可以帮助解决多核争用问题。

不过，我能给出的最佳建议是让您了解各种托管和原生多核支持库。我猜一些像 OpenMP 或 MPI（基于消息的）这样的老的，仍然在踢，人们会继续谈论他们有多酷......但是对于大多数开发人员来说，像英特尔的 TBB 或 Microsoft's 的新 API，我也刚刚挖出了这个代码项目article，他显然在使用cmpxchg8b，这是我最初提到的低级硬件路线......

祝你好运。

【讨论】：