C 11 メモリ モデルはどのようにして予測可能なマルチスレッド動作を保証しますか?

C 11 の標準化メモリ モデル: 低レベルの詳細を明らかにする

はじめに

C 11 は、標準化されたメモリ モデルを導入することにより、C プログラミングに革命をもたらしました。このモデルは、使用するプラットフォームやコンパイラに関係なく、予測可能な動作を備えたマルチスレッド アプリケーションを開発するための強固な基盤を提供します。

目的と利点

C 11 メモリ モデルにより、次のことが可能になります。プログラマは、理論上の抽象マシン上でコードの実行を推論し、さまざまなシステム間での移植性を確保します。また、共有メモリにアクセスするためのルールも定義されており、プログラマはスレッドがプロセッサのメモリとどのように対話するかを制御できるようになります。

マルチスレッドとの対話

C 11 メモリ モデルマルチスレッドのサポートと密接に絡み合っています。マルチスレッド環境でメモリの動作を明示的に定義することで、プログラマは、複数のスレッドが共有データに同時にアクセスする場合でも、意図したとおりに動作することが保証されるコードを作成できます。

低レベルの詳細

C 11 メモリ モデルには、次の低レベルが導入されています。概念:

• 順次一貫性: ロードとストアは、各スレッド内のコードで指定された順序で発生するように見えます。スレッド間の操作はインターリーブされる場合があります。
• 原子性: ロードとストアは分割できません。
• メモリ順序: プログラマは、memory_order_relaxed、memory_order_release、memory_order_acquire タイプを使用してメモリ操作の順序を明示的に指定できます。

使用するケース

C 11 メモリ モデルは、いくつかの使用例を提供します。

• アトミック性と順序付けの確保: std::atomic 型はアトミック性とシーケンシャルを強制できます。必要に応じて一貫性を保ちます。
• リラックスした注文パフォーマンス: アトミック性は十分だが順序が重要ではない場合、memory_order_relaxed を使用してメモリの順序を緩和し、パフォーマンスを向上させることができます。
• 特定のロードとストアの順序:memory_order_release およびmemory_order_acquire を使用して、ロードとロードの間に特定の順序を強制します。

実際的な考慮事項

C 11 メモリ モデルは強力なツールを提供しますが、それらを慎重に使用することが重要です。ほとんどのシナリオでは、組み込みのミューテックスと条件変数の方が便利で、十分なパフォーマンスを提供します。ただし、低レベル コードの最適化では、メモリ モデルを理解することが重要です。

結論

C 11 の標準化されたメモリ モデルは、C でのマルチスレッド プログラミングに革命をもたらしました。マルチスレッド環境でのメモリ アクセスを深く理解し、プログラマが移植可能で効率的かつ予測可能なコードを作成できるようにします。アトミック性、メモリの順序付け、逐次一貫性を活用することで、プログラマは正確さを損なうことなくマルチスレッドの能力を最大限に活用できます。

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