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正如我最近发布的这个答案所示,我似乎对volatile多线程编程环境中的实用程序(或缺乏实用程序)感到困惑.

我的理解是这样的:每当一个变量可以在访问它的一段代码的控制流之外被改变时,该变量应该被声明为volatile.信号处理程序,I/O寄存器和由另一个线程修改的变量都构成这种情况.

所以,如果你有一个全局int foo,并且foo由一个线程读取并由另一个线程原子设置(可能使用适当的机器指令),则读取线程看到这种情况的方式与它看到由信号处理程序调整的变量或由外部硬件条件修改,因此foo应该声明volatile(或者,对于多线程情况,使用内存隔离负载访问,这可能是一个更好的解决方案).

我怎么错,哪里错了？

一般地,对于int num,num++(或++num),作为读-修改-写操作中,是不是原子.但我经常看到编译器,例如GCC,为它生成以下代码(在这里尝试):

由于第5行对应于num++一条指令,我们可以得出结论,在这种情况下num++ 是原子的吗？

如果是这样,是否意味着如此生成num++可以在并发(多线程)场景中使用而没有任何数据争用的危险(例如,我们不需要制作它,std::atomic<int>并强加相关成本,因为它是无论如何原子)？

UPDATE

请注意,这个问题不是增量是否是原子的(它不是,而且是问题的开头行).它是否可以在特定场景中,即在某些情况下是否可以利用单指令性质来避免lock前缀的开销.而且,作为公认的答案约单处理器的机器,还有部分提到这个答案,在其评论和其他人谈话解释,它可以(尽管不是C或C++).

如果有两个线程访问全局变量,那么许多教程都说使变量volatile变为阻止编译器将变量缓存在寄存器中,从而无法正确更新.但是,访问共享变量的两个线程是通过互斥锁来调用保护的东西不是吗？但是在这种情况下,在线程锁定和释放互斥锁之间,代码处于一个关键部分,只有那个线程可以访问变量,在这种情况下变量不需要是volatile？

那么多线程程序中volatile的用途/目的是什么？

我有一个由硬件供应商报告的理论上的（非确定性的、难以测试的、实践中从未发生过的）硬件问题，其中对某些内存范围的双字写入可能会破坏任何未来的总线传输。

虽然我没有在 C 代码中明确写任何双字，但我担心编译器被允许（在当前或未来的实现中）将多个相邻的字分配合并为一个双字分配。

编译器不允许重新排序 volatile 的分配，但不清楚（对我而言）合并是否算作重新排序。我的直觉说是，但我之前已经被语言律师纠正过！

例子：

typedef struct
{
   volatile unsigned reg0;
   volatile unsigned reg1;
} Module;

volatile Module* module = (volatile Module*)0xFF000000u;

// two word stores, or one double-word store?
module->reg0 = 1;
module->reg1 = 2;

（我会单独询问我的编译器供应商，但我很好奇标准的规范/社区解释是什么。）

关于多核CPU或多处理器系统中使用的高速缓存存储器,我有几个问题.(虽然与编程没有直接关系,但是当一个人为多核处理器/多处理器系统编写软件时会产生很多反响,因此在这里问!)

1. 在多处理器系统或多核处理器(Intel Quad Core,Core two Duo等......)中,每个cpu核心/处理器都有自己的缓存(数据和程序缓存)吗？

2. 一个处理器/核心可以访问彼此的高速缓存,因为如果允许它们访问彼此的高速缓存,那么我认为可能存在较少的高速缓存未命中,如果特定处理器高速缓存没有一些数据但是其他一些处理器的缓存可能有它,从而避免从内存读入第一个处理器的缓存？这个假设是否有效且真实？

3. 允许任何处理器访问其他处理器的高速缓冲存储器会有任何问题吗？

我和同事为在x86,x64,Itanium,PowerPC和其他10年历史的服务器CPU上运行的各种平台编写软件.

我们刚刚讨论了pthread_mutex_lock()... pthread_mutex_unlock()等互斥函数本身是否足够,或者受保护变量是否需要是volatile.

int foo::bar()
{
 //...
 //code which may or may not access _protected.
 pthread_mutex_lock(m);
 int ret = _protected;
 pthread_mutex_unlock(m);
 return ret;
}

我担心的是缓存.编译器是否可以在堆栈或寄存器中放置_protected的副本,并在赋值中使用该陈旧值？如果没有,是什么阻止了这种情况发生？这种模式的变化是否易受攻击？

我假设编译器实际上并不理解pthread_mutex_lock()是一个特殊函数,所以我们只是受序列点保护吗？

非常感谢.

更新:好的,我可以看到一个趋势,答案解释了为什么不稳定是坏的.我尊重这些答案,但有关该主题的文章很容易在网上找到.我在网上找不到的,以及我问这个问题的原因,就是我如何保护我没有不稳定.如果上面的代码是正确的,那么缓存问题如何无懈可击？

缓存由缓存硬件透明地控制到处理器,因此如果我们在C程序中使用volatile变量,我的程序如何保证每次从指定的实际内存地址而不是缓存中读取数据.

我的理解是,

1. Volatile关键字告诉编译器不应优化变量引用,并应按代码中的编程读取.

2. 缓存由缓存硬件透明地控制,因此当处理器发出地址时,它不知道数据是来自缓存还是来自内存.

因此,如果我需要每次都需要读取一个内存地址,我怎样才能确保它不是从缓存引用而是从所需的地址引用？

有些怎么样,这两个概念并不合适.请说明它是如何完成的.

(想象一下我们在缓存中有回写策略(如果需要分析问题))

谢谢你,Microkernel :)

在C编程语言中,Pthreads作为线程库; 在线程之间共享的变量/结构是否需要声明为volatile？假设他们可能受到锁定或不受保护(可能是障碍).

pthread POSIX标准对此有任何发言权,是依赖于编译器还是不依赖于编译器？

编辑添加:感谢您的回答.但是,如果你不使用锁,那该怎么办？如果你使用障碍物怎么办？或者使用比较和交换等原语直接和原子地修改共享变量的代码......

我的问题针对setjmp/longjmp关于局部变量的行为.

示例代码:

jmp_buf env;


void abc()
{
  int error;

  ... 
  if(error)
    longjmp(env);
}


void xyz() {
  int v1;           // non-volatile; changed between setjmp and longjmp
  int v2;           // non-volatile; not changed between setjmp and longjmp
  volatile int v3;  // volatile;     changed between setjmp and longjmp
  volatile int v4;  // volatile;     not changed between setjmp and longjmp 

  ...

  if(setjmp(env)) {
    // error handling
    ...
    return;
  }

  v1++; // change v1
  v3++; // change v3

  abc();
}


int main(...) {
  xyz();
} …

在调用longjmp()之后,如果自调用setjmp()以来它们的值可能已更改,则不应访问非易失性限定的本地对象.在这种情况下,它们的值被认为是不确定的,访问它们是未定义的行为.

现在我的问题是为什么在这种情况下挥发性工作？不会改变那个volatile变量仍然无法使用longjmp吗？例如,longjmp在下面给出的示例中将如何正常工作？当代码在longjmp之后返回setjmp时,local_var的值不是2而不是1吗？

void some_function()
{
  volatile int local_var = 1;

  setjmp( buf );
  local_var = 2;
  longjmp( buf, 1 );
}