关于__sync_synchronize()的c ++ 98中的C++ 0x原子实现问题

Question

我编写了followin原子模板,以模仿即将推出的c ++ 0x标准中可用的原子操作.

但是,我不确定在返回基础值时我有__sync_synchronize()调用是必要的.

根据我的理解,__sync_synchronize()是一个完整的内存屏障,我不确定在返回对象值时我需要这么昂贵的调用.

我很确定在值的设置周围需要它,但我也可以用程序集来实现它.

__asm__ __volatile__ ( "rep;nop": : :"memory" );

有谁知道我确实需要在返回对象时使用synchronize().

M.

template < typename T >
struct atomic
{
private:
    volatile T obj;

public:
    atomic( const T & t ) :
        obj( t )
    {
    }

    inline operator T()
    {
        __sync_synchronize();   // Not sure this is overkill
        return obj;
    }

    inline atomic< T > & operator=( T val )
    {
        __sync_synchronize();   // Not sure if this is overkill
        obj = val;
        return *this;
    }

    inline T operator++()
    {
        return __sync_add_and_fetch( &obj, (T)1 );
    }

    inline T operator++( int )
    {
        return __sync_fetch_and_add( &obj, (T)1 );
    }

    inline T operator+=( T val )
    {
        return __sync_add_and_fetch( &obj, val );
    }

    inline T operator--()
    {
        return __sync_sub_and_fetch( &obj, (T)1 );
    }

    inline T operator--( int )
    {
        return __sync_fetch_and_sub( &obj, (T)1 );
    }

    inline T operator-=( T )
    {
        return __sync_sub_and_fetch( &obj, val );
    }

    // Perform an atomic CAS operation
    // returning the value before the operation
    inline T exchange( T oldVal, T newVal )
    {
        return __sync_val_compare_and_swap( &obj, oldval, newval );
    }

};

更新:由于编译器优化,我希望确保操作在读/写重新排序方面是一致的.

Answer 1

首先,一些小小的评论:

volatile T obj;

volatile在这里毫无用处,更是你自己制造了所有障碍.

inline T operator++( int )

内联是不必要的,因为在类中定义方法时暗示了它.

吸气剂和二传手:

inline operator T()
{
    __sync_synchronize();   // (I)
    T tmp=obj;
    __sync_synchronize();   // (II)
    return tmp;
}

inline atomic< T > & operator=( T val )
{
    __sync_synchronize();   // (III)
    obj = val;
    __sync_synchronize();   // (IV)
    return *this;
}

为了确保读写时内存访问的总排序,每次访问都需要两个障碍(如下所示).我很满意只有障碍(II)和(III),因为它们足以满足我提出的一些用途(例如指针/布尔说数据就在那里,自旋锁),但是,除非另有说明,否则我不会省略其他,因为有人可能需要它们(如果有人表示你可以在不限制可能的用途的情况下省略一些障碍,那将会很好,但我不认为这是可能的).

当然,这将是不必要的复杂和缓慢.

也就是说,我会抛弃障碍,甚至在类似模板的任何地方使用障碍的想法.注意:

• 该接口的排序语义全部由您定义; 如果您认为界面在这里或那里有障碍,它们必须在这里或那里,期间.如果您没有定义它,您可以提出更有效的设计,因为并非所有障碍,甚至不是完全障碍,都可能需要特定问题.
• 通常,如果你有一个可以提供性能优势的无锁算法,你就会使用原子; 这意味着过早地使访问失望的接口可能无法用作它的构建块,因为它会妨碍性能本身.
• 无锁算法通常包含无法通过一种原子数据类型封装的通信,因此您需要知道算法中发生了什么,以便将障碍准确地放置在它们所属的位置(例如,在实施锁定时,您需要一个屏障后)我已经获得了它,但在你发布它之前,这两个都是写,至少在原则上)
• 如果你不想遇到问题,并且不确定在算法中明确地放置障碍,只需使用基于锁的算法.这没什么不好的.

顺便说一句,c ++ 0x接口允许您指定精确的内存排序约束.

Answer 2

inline operator T()
{
    __sync_synchronize();   // Not sure this is overkill
    return obj;
}

简短版本：这太过分了。

长版：

为什么你想将此类实现为模板？这是没有意义的，因为原子操作只允许在 1-8 字节的整数类型上进行，您甚至无法确定所有平台都支持 8 字节整数。

您应该将原子类实现为非模板版本，并使用硬件/系统的“本机”整数类型。32 位处理器/操作系统上为 int32_t，64 位系统上为 int64_t。例如：

#ifdef ...
typedef ... native_int_type;
#endif
// verify that you choosed the correct integer type
BOOST_STATIC_ASSERT(sizeof(native_int_type) == sizeof(void*));

BOOST_STATIC_ASSERT 直接从 C++0x 转向“static_assert()”。

如果您使用“完美适合”整数类型，您可以像这样编写运算符：

operator native_int_type() { return obj; }

因为 obj 是易失性的，所以保证获取该值并且不返回任何缓存的值。而且因为您使用的是“本机”整数类型，所以您可以确定读取这样的值是原子的。

atomic& operator=( native_integer_type val )

同样，如果您使用正确的整数类型，则不需要同步。在 intel 32 位系统上读取/设置 int32 是原子的，在 64 位系统上读取/设置 int64 也是原子的。

我没有看到将原子作为模板实现有任何好处。原子操作依赖于平台。最好提供一个“atomic_int”类，它只保证至少有 4 个字节（如果您支持 32 位和 64 位系统）和一个“atomic_pointer”（如果您需要）。这样，类的名称也暗示了语义和目的。

如果您只使用“原子”，人们可能会想：“哇，我只需要把我的字符串类放入这个模板中，然后它就是线程安全的！”。

编辑：回答您的更新：“我想确保由于编译器优化而导致读/写重新排序时操作是一致的。”

为了防止编译器和 CPU 重新排序读/写操作，您需要 __sync_synchronize()。

但请注意，获取/释放语义可能会比完全屏障产生更好的性能。

编辑2：

inline atomic< T > & operator=( T val )
{
    __sync_synchronize();   // Not sure if this is overkill
    obj = val;
    return *this;
}

您希望防止重新排序什么？大多数情况下你想这样写：

    obj = val;
    __sync_synchronize();

反而。因为您希望确保从函数返回后该值已被写入。