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Wie werden atomare Gleitkomma- und Vektoroperationen auf x86_64-Architekturen gehandhabt?
Wie werden atomare Gleitkomma- und Vektoroperationen auf x86_64-Architekturen gehandhabt?
Atomere Gleitkommaoperationen auf x86_64
Obwohl C nativ keine atomaren Doppeloperationen unterstützt, bietet es sperrenfreie atomare
Für atomare Vektoroperationen auf x86_64 gibt es keine direkte Hardwareunterstützung. Allerdings ist bei ausgerichteten 128-Bit- und 256-Bit-Ladevorgängen und -Speichern im Allgemeinen garantiert, dass sie atomar sind. Für nicht ausgerichtete Vektoroperationen sind die Atomizitätsgarantien weniger klar.
Unterstützung auf Assembly-Ebene für Doppel- und Vektoroperationen
x86_64 bietet Unterstützung auf Assembly-Ebene für atomare Operationen auf Doppel und Vektoren:
- Doppel: Atomar Lade-, Speicher- und Additions-/Subtraktions-/Multiplikationsoperationen werden durch die Speicherzielanweisungen movsd, movq, addsd, subsd und mulsd unterstützt.
- Vektoren: Ausgerichtet auf 128-Bit und 256 -bit-Lade- und -Speichervorgänge sind auf x86_64 mit AVX-Unterstützung atomar. Für nicht ausgerichtete Vektoroperationen gibt es keine direkte Hardware-Garantie für die Atomizität.
MSVC 2017 Implementierung von Lock-Free atomic
MSVC 2017 implementiert sperrenfreies atomares
CAS: movq QWORD PTR [dst_addr], rax // 64-bit CAS
Der Add-Vorgang verwendet:
CAS: lock cmpxchg16b QWORD PTR [dst_addr], rax // 128-bit CAS
Atomic RMW (Read-Modify-Write) Operations
Atomere Read-Modify-Write-Operationen (RMW) wie fetch_add erfordern eine CAS-Schleifenimplementierung. Auf x86_64 unterstützt der CAS-Befehl 16-Byte-Operationen (cmpxchg16b).
CAS: lock cmpxchg16b QWORD PTR [dst_addr], rax
CAS-Schleifen bieten zwar atomare RMW-Funktionalität, sind jedoch teurer als atomare Lade- und Speichervorgänge.
Zusätzliche Hinweise
- Einige Nicht-x86-Hardware unterstützt atomare Additionsoperationen für Float-/Double-Typen.
- Intels Transactional Memory Extensions (TSX) bieten verbesserte Unterstützung für atomare FP- und SIMD-Operationen.
- Compiler generieren häufig ineffizienten Code für atomare
Operationen, aber es werden Verbesserungen vorgenommen. - Atomere Operationen auf gemeinsam genutzten Arrays von ausgerichteten Doppeln sollten sicher sein, während Operationen auf nicht ausgerichteten Vektoren Tearing beinhalten können.
- Es ist möglich, atomare Operationen auf 16 zu implementieren -Byte-Objekte mit cmpxchg16b, aber die Leistung wird schlecht sein.
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