原子比较、多处理器、C/C++ (Linux)

Question

我在多处理器系统上的共享内存 x 中有一个变量。

void MyFunction(volatile int* x) {
  if (*x != 0) {
     // do something
  }
}

其他进程（可能在不同的处理器上）将使用 gcc 内置原子操作（例如 __sync_bool_compare_and_swap 等）写入 x。

我想我遇到了一些缓存并发问题，有时需要一些时间才能最终用新值更新 x。

我想要的是一种 atomic_compare （没有交换），如果这样的东西存在的话？或“原子读取”。最快的方法是什么？ （避免互斥体、锁等）

谢谢

编辑：

我刚刚意识到一个有点骇人听闻的解决方法是使用 __sync_val_compare_and_swap 和我知道它永远不可能的值。那能解决问题吗？ （有没有更干净的方法？）

Answer 1

新的 C 标准 C11 有 _Atomic 数据类型和操作来处理这个问题。该标准尚未实现，但 gcc 和 clang 已接近它，它们已经实现了该功能。事实上，函数__sync_bool_compare_and_swap 就是其中的一部分。我已将其封装到 set of headers in P99 中，让您可以使用 C11 接口进行编程。

执行您想要的操作的 C11 函数将是 atomic_load，或者如果您对一致性有特殊要求 atomic_load_explicit。毫不奇怪，正如您所怀疑的，P99 映射到 __sync_val_compare_and_swap(&x, 0, 0)。然后，如果您查看在大多数架构上生成的汇编程序，这将在x 和int 的情况下转换为简单的加载操作。但这不是语言所保证的，这取决于编译器知道这些事情并合成保证是原子的指令。

Answer 2

最快的方法是什么？ （避免互斥体、锁等）

我很确定您不想避免使用互斥锁。 linux 的 futexes 允许您利用比较和交换的优点（大部分时间），同时保持经典的互斥体语义（发生的“交换”是互斥体之一，而不是受其保护的代码/数据）。我强烈建议您尝试它们并分析解决方案（perf、oprofile、VTune 等），看看您的瓶颈是否真的与锁定机制本身有关，而不是缓存利用率、内存吞吐量、CPU 周期、 IO访问、远程节点内存访问等

我想我遇到了一些缓存并发问题，有时需要一些时间才能最终用新值更新 x。

好吧，假设您确实需要在处理器之间进行交互，并且您已经测量了从 futex 获得的延迟影响，并且您确定它不能满足您的应用程序的需求。所以，如果是这种情况，一个相对健全的方法可能是这样的：创建一个 32 位整数数组，填充的距离大于或等于目标缓存行的大小。使用当前执行的 CPU 和缓存行大小作为此列表中实际值的索引（因此，如果您的缓存行是 64 字节，您可以将 CPU# 缩放 16 以跳过填充）。您应该只从适当的 CPU 写入这些值，并且可以从任何其他 CPU 轮询它（可能应该在忙等待的主体中调用 CPU 的“暂停”指令之一）。这将是一种检查不同执行线程是否已达到/满足给定条件的有效机制。

我应该补充一点，这几乎肯定会奏效（有效地用 CPU 效率换取可能更低的延迟），但除了一组非常特殊的硬件之外，它仍然是一个非常脆弱的解决方案。

Answer 3

我想要的是一种 atomic_compare（没有交换），如果这样 东西存在吗？或“原子读取”。

比较已经是原子的。这是一个单读。

如果处理器之间的延迟已经很糟糕，那么您的代码似乎会从解耦中受益。 IE。稍微分离出依赖关系，这样你就不会依赖内部循环中的这种通信。