为什么 CRITICAL_SECTION 性能在 Win8 上变差了

Question

似乎 CRITICAL_SECTION 性能在 Windows 8 及更高版本上变得更糟。（见下图）

测试非常简单：一些并发线程每个执行 300 万个锁来独占访问一个变量。您可以在问题底部找到 C++ 程序。我在 Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10（x64、VMWare、Intel Core i7-2600 3.40GHz）上运行测试。

结果如下图所示。X 轴是并发线程数。Y 轴是以秒为单位的经过时间（越低越好）。

我们可以看到：

• SRWLock 所有平台的性能大致相同
• CriticalSection 性能在 Windows 8 及更高版本上相对 SRWL 变差

问题是：谁能解释为什么 CRITICAL_SECTION 性能在 Win8 及更高版本上变得更糟？

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一些注意事项：

• 在真机上的结果几乎相同——CS 比 Win8 及更高版本上的 std::mutex、std::recursive_mutex 和 SRWL 差得多。但是我没有机会在具有相同 CPU 的不同操作系统上运行测试。
• std::mutexWindows Vista 的实现基于CRITICAL_SECTION，但 Win7 和更高版本std::mutex的实现基于 SWRL。它对 MSVS17 和 15 都是正确的（确保primitives.h在 MSVC++ 安装时搜索文件并查找stl_critical_section_vista和stl_critical_section_win7类）这解释了 Win Vista 和其他系统上 std::mutex 性能之间的差异。
• 正如评论中所说，这std::mutex是一个包装器，因此相对于 SRWL 的一些开销的可能解释可能是包装器代码引入的开销。

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#include <chrono>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <string>
#include <thread>
#include <vector>

#include <Windows.h>

const size_t T = 10;
const size_t N = 3000000;
volatile uint64_t var = 0;

const std::string sep = ";";

namespace WinApi
{
    class CriticalSection
    {
        CRITICAL_SECTION cs;
    public:
        CriticalSection() { InitializeCriticalSection(&cs); }
        ~CriticalSection() { DeleteCriticalSection(&cs); }
        void lock() { EnterCriticalSection(&cs); }
        void unlock() { LeaveCriticalSection(&cs); }
    };

    class SRWLock
    {
        SRWLOCK srw;
    public:
        SRWLock() { InitializeSRWLock(&srw); }
        void lock() { AcquireSRWLockExclusive(&srw); }
        void unlock() { ReleaseSRWLockExclusive(&srw); }
    };
}

template <class M>
void doLock(void *param)
{
    M &m = *static_cast<M*>(param);
    for (size_t n = 0; n < N; ++n)
    {
        m.lock();
        var += std::rand();
        m.unlock();
    }
}

template <class M>
void runTest(size_t threadCount)
{
    M m;
    std::vector<std::thread> thrs(threadCount);

    const auto start = std::chrono::system_clock::now();

    for (auto &t : thrs) t = std::thread(doLock<M>, &m);
    for (auto &t : thrs) t.join();

    const auto end = std::chrono::system_clock::now();

    const std::chrono::duration<double> diff = end - start;
    std::cout << diff.count() << sep;
}

template <class ...Args>
void runTests(size_t threadMax)
{
    {
        int dummy[] = { (std::cout << typeid(Args).name() << sep, 0)... };
        (void)dummy;
    }
    std::cout << std::endl;

    for (size_t n = 1; n <= threadMax; ++n)
    {
        {
            int dummy[] = { (runTest<Args>(n), 0)... };
            (void)dummy;
        }
        std::cout << std::endl;
    }
}

int main()
{
    std::srand(time(NULL));
    runTests<std::mutex, WinApi::CriticalSection, WinApi::SRWLock>(T);
    return 0;
}

测试项目是在 Microsoft Visual Studio 17 (15.8.2) 上构建为 Windows 控制台应用程序，具有以下设置：

• MFC 的使用：在静态库中使用 MFC
• Windows SDK 版本：10.0.17134.0
• 平台工具集：Visual Studio 2017 (v141)
• 优化：O2、Oi、Oy-、GL

Answer 1

请参阅Windows 关键部分 - 如何完全禁用旋转 从 Windows 8 开始，Microsoft 更改了关键部分默认行为的实现（甚至在文档中没有任何文字）（如果您使用 InitializeCriticalSection(&cs)，您将通过未记录的动态旋转调整进行旋转启用算法）。在这里查看我的评论：https://randomascii.wordpress.com/2012/06/05/in-praise-of-idleness/#comment-57420

对于您的测试，请尝试使用 InitializeCriticalSectionAndSpinCount(&cs,1) 而不是 InitializeCriticalSection(&cs)。这应该使它的行为有点类似于 Windows 7，尽管在该领域还有很多其他变化。