Warum führen Compiler redundante atomare Schreibvorgänge mit demselben Wert nicht zusammen?

Warum Compiler das Zusammenführen redundanter atomarer Schreibvorgänge vermeiden

Einführung

Compiler halten sich oft an die „ Als-ob"-Regel, die es ihnen ermöglicht, Vorgänge neu anzuordnen, solange das beobachtbare Verhalten konsistent bleibt. Im Falle aufeinanderfolgender Speicherungen in einer atomaren Variablen mit demselben Wert, wie zum Beispiel:

std::atomic<int> y(0);
void f() {
  auto order = std::memory_order_relaxed;
  y.store(1, order);
  y.store(1, order);
  y.store(1, order);
}

Compiler neigen jedoch dazu, die Schreibvorgänge separat auszugeben.

Einschränkungen des C Standard

Die C 11- und C 14-Standards ermöglichen zwar technisch gesehen die Zusammenlegung der drei Geschäfte, garantieren dies jedoch nicht dass ein Beobachter jemals den Zwischenwert von 2 sehen wird. Daher würde die Optimierung durch Zusammenlegen der Speicher in einer einzigen Operation gegen die Absicht des Standards verstoßen, jede gültige Reihenfolge zuzulassen.

Überlegungen zum Compiler

Compiler geben der Optimierung der Leistung Vorrang vor der Vorhersagbarkeit, was zu konservativen Ansätzen führt. Trotz der Freizügigkeit des Standards entscheiden sich Compiler dafür, atomare Schreibvorgänge nicht zusammenzuführen, um potenzielle Probleme zu vermeiden, wie zum Beispiel Fortschrittsbalken, die hängen bleiben, wenn mehrere Geschäfte falsch zusammengeführt werden.

Prinzip der geringsten Überraschung

Programmierer gehen normalerweise davon aus, dass atomare Speicher nacheinander erfolgen, wobei jeder Speicher wie geschrieben ausgeführt wird. Wenn ein Compiler diese Vorgänge zusammenführen würde, könnte dies zu unerwartetem Verhalten führen und gegen das Prinzip der geringsten Überraschung verstoßen.

Bevorstehende API-Verbesserungen

In C-Arbeitsgruppen laufen derzeit Diskussionen um die std::atomic API um zusätzliche Optimierungskontrollen zu erweitern. Dies würde es Compilern ermöglichen, atomare Schreibvorgänge in Fällen zu optimieren, in denen dies von Vorteil ist, ohne die Bestellanforderungen zu verletzen.

Alternative Lösungen

In der Zwischenzeit können Programmierer flüchtige atomare Variablen verwenden um Shop-Optimierungen zu verhindern. Obwohl diese Methode hauptsächlich das Problem des Fortschrittsbalkens behebt, ist sie keine ideale langfristige Lösung.

Fazit

Compiler führen normalerweise aufeinanderfolgende atomare Schreibvorgänge nicht mit denselben zusammen Wert, um die Konsistenz mit dem C-Standard sicherzustellen, potenzielle Leistungsprobleme zu vermeiden und das Prinzip der geringsten Überraschung einzuhalten. Zukünftige API-Verbesserungen könnten es Compilern jedoch ermöglichen, diese Optimierung in Zukunft sicher zu implementieren.

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