如何将两个值相乘并原子存储结果？

Question

假设我的代码中包含以下全局变量：

std::atomic<uint32_t> x(...);
std::atomic<uint32_t> y(...);
std::atomic<uint32_t> z(...);

我的任务是将x和y相乘，然后将结果存储在z中：

z = x * y

我知道在每个对象上调用store（）和load（）的天真方法是完全错误的：

z.store(x.load() * y.load()); // wrong

这样，我执行了三个单独的原子指令：另一个线程可能会滑过并同时更改其中一个值。

我可以选择比较交换（CAS）循环，但只能保证将旧值z与新值（x*y）交换时才具有原子性：我仍然不确定如何一次执行整个操作，原子步。

我也知道，包装x，y以及z一个结构内，并使其原子是不可行这里，因为结构不适合一个64位寄存器内。编译器会在后台使用锁（如果我错了，请更正我）。

这个问题只能用互斥锁解决吗？

Answer 1

我仍然不确定如何在单个原子步骤中执行整个操作。

只有当您的体系结构支持“32 位原子乘法”（并且您必须在 C++ 标准设施之外执行此操作）或足够宽以在 64 位上执行 RMW 操作的原子时，才有可能这样做位。

我还知道，将x,y和z包装在结构内部并使其原子化在这里是不可行的，因为该结构不适合单个 64 位寄存器。

即使它们适合，您仍然需要执行 RMW 操作，因为无论如何您都不可能进行原子乘法。

这个问题只能用互斥锁来解决吗？

如果您的体系结构支持无锁 64 位原子（使用进行检查is_always_lock_free），您可以将x和保留y在一起并根据需要对其执行操作。

如果变量是uint64_t相反的，或者操作更复杂怎么办x * y * w * k / j？

假设您的架构没有 128 位无锁原子，那么您无法以原子方式加载那么多数据。要么设计你的程序，使其不需要（完整的）操作从一开始就是原子的，使用锁或寻求一种避免共享状态的方法。

请注意，即使您将某些操作视为原子操作，您也必须意识到，在 SMP 系统中，您无论如何都会对缓存层次结构施加压力。