Können atomare Variablen in C 11 veraltete Lesevorgänge in Multithread-Umgebungen verhindern?

Parallelität: Atomar und flüchtig im C 11-Speichermodell

Frage:

In a Kann ein Thread in einer Multithread-Umgebung mit gemeinsam genutzten globalen Variablen einen veralteten Wert aus einer atomaren Variablen lesen? Wie unterscheiden sich atomare und flüchtige Typen bei der Gewährleistung der Datenintegrität?

Antwort:

Volatil vs. atomar

Volatil schon garantiert keinen atomaren Zugriff. Sein Hauptzweck ist die speicherzugeordnete E/A- und Signalverarbeitung. Die Verwendung von volatile mit std::atomic ist überflüssig.

Speicherordnung mit atomaren Variablen

Die Sichtbarkeit atomarer Variablen hängt vom verwendeten Speicherordnungsparameter ab.

• std::memory_order_seq_cst: Bietet eine globale Reihenfolge für alle Operationen über alle Variablen hinweg, um sicherzustellen, dass Werte innerhalb eines „angemessenen Zeitraums“ sichtbar sind. Es können jedoch weiterhin veraltete Werte zurückgegeben werden.
• std::memory_order_relaxed: Lockere Speicherreihenfolge, bei der sich Threads möglicherweise nicht auf die Reihenfolge der Vorgänge einigen können, was zu inkonsistenten Ergebnissen führt.

Sicherstellung der Datenintegrität

Um sicherzustellen Um die Datenintegrität zu gewährleisten, sollten RMW-Operationen (Read-Modify-Write) wie Exchange() und Fetch_Add() verwendet werden. Diese Vorgänge arbeiten immer mit dem „neuesten“ Wert, wodurch das Risiko veralteter Werte ausgeschlossen wird.

Zusätzliche Überlegungen

• RMW-Vorgänge erzwingen keine früheren Änderungen schneller sichtbar.
• Die Leistung kann je nach CPU-Speicherpufferung, physischer CPU-Entfernung und Cache-Kohärenz variieren Protokolle.
• Die Arbeit mit atomaren Operationen ist komplex und erfordert sorgfältiges Code-Design und Verständnis des Hintergrundmaterials. In einfacheren Fällen können Schlösser eine praktischere Option sein.

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