Linux上C++中线程/共享内存之间的线程安全数据交换

Question

我对此感到困惑:在生产中,我们有两个进程通过共享内存进行通信,数据交换的一部分是漫长的,而且是一个bool.对此数据的访问不同步.它已经很好地工作了很长时间,现在仍然如此.我知道修改一个值不是原子的,但考虑到这些值被修改/访问了数百万次,这不得不失败？

这是一段代码示例,它在两个线程之间交换一个数字:

#include <pthread.h>
#include <xmmintrin.h>

typedef unsigned long long uint64;
const uint64 ITERATIONS = 500LL * 1000LL * 1000LL;

//volatile uint64 s1 = 0;
//volatile uint64 s2 = 0;
uint64 s1 = 0;
uint64 s2 = 0;

void* run(void*)
{
    register uint64 value = s2;
    while (true)
    {
        while (value == s1)
        {
        _mm_pause();// busy spin
        }
        //value = __sync_add_and_fetch(&s2, 1);
        value = ++s2;
    }
 }

 int main (int argc, char *argv[])
 {
     pthread_t threads[1];
     pthread_create(&threads[0], NULL, run, NULL);

     register uint64 value = s1;
     while (s1 < ITERATIONS)
     {
         while (s2 != value)
         {
        _mm_pause();// busy spin
         }
        //value = __sync_add_and_fetch(&s1, 1);
        value = ++s1;
      }
}

正如你所看到的,我已经评论了几件事情:

// volatile uint64 s1 = 0;

和

// value = __sync_add_and_fetch(&s1,1);

__sync_add_and_fetch以原子方式递增变量.

我知道这不是很科学,但运行几次没有同步功能它完全没问题.此外,如果我测量两个版本的同步和没有同步,它们以相同的速度运行,为什么__sync_add_and_fetch没有添加任何开销？

我的猜测是编译器保证了这些操作的原子性,因此我没有看到生产中的问题.但仍无法解释为什么__sync_add_and_fetch不会增加任何开销(甚至在调试中运行).

关于矿山环境的更多细节:ubuntu 10.04,gcc4.4.3 intel i5 multicore cpu.

生产环境类似于它在更强大的CPU和Centos OS上运行.

谢谢你的帮助

Answer 1

基本上你在问"为什么我之间的行为/表现没有区别

s2++;

和

__sync_add_and_fetch(&s2, 1);

好吧,如果你去看看这两种情况下编译器生成的实际代码,你会发现存在差异 - s2++版本将有一个简单的INC指令(或者可能是一个ADD),而__sync版本将有该指令的LOCK前缀.

那么为什么没有LOCK前缀呢？好吧,虽然通常情况下需要LOCK前缀才能在任何基于x86的系统上运行,但事实证明它不需要它.使用基于Intel Core的芯片,LOCK仅需要通过总线在不同CPU之间进行同步.在单个CPU(即使有多个内核)上运行时,它会在没有它的情况下进行内部同步.

那你为什么看不到__sync案件的减速呢？嗯,Core i7是一个"有限"的芯片,因为它只支持单插槽系统,所以你不能拥有多个CPU.这意味着永远不需要LOCK,事实上CPU完全忽略了它.现在代码大1个字节,这意味着如果ifetch或decode有限,它会产生影响,但你不是,所以你看不出任何区别.

如果您要在多插槽Xeon系统上运行,您会看到LOCK前缀的(小)减速,并且还可以在非LOCK版本中看到(罕见)故障.