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目錄
為什麼std::atomic 使用XCHG 進(jìn)行順序一致性儲存
背景
XCHG 的動機(jī)
效能注意事項
線程柵欄的替代方案
區(qū)分釋放與取得
結(jié)論
首頁 後端開發(fā) C++ 為什麼 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致儲存?

為什麼 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致儲存?

Nov 24, 2024 am 01:37 AM

Why Does `std::atomic` Use `XCHG` for Sequentially Consistent Stores?

為什麼std::atomic 使用XCHG 進(jìn)行順序一致性儲存

背景

在多執(zhí)行緒領(lǐng)域,std::atomic 類別提供了意味著跨線程並發(fā)存取共享數(shù)據(jù),同時確保數(shù)據(jù)完整性。它的 store 成員函數(shù)允許使用指定的記憶體排序語意將值寫入原子變數(shù)。

在順序一致性 (std::memory_order_seq_cst) 的情況下,x86 架構(gòu)使用 xchg 指令來實(shí)作原子儲存。該指令執(zhí)行同時交換值,而不是簡單的儲存操作。

XCHG 的動機(jī)

雖然可能看起來簡單的儲存指令與記憶體屏障結(jié)合(例如,_ReadWriteBarrier()或asm 易失性("" ::: "記憶體"); ) 足以保證順序一致性,使用xchg 有幾個優(yōu)點(diǎn):

1。完整記憶體屏障: xchg 由於其隱式鎖前綴,在 x86 上充當(dāng)完整的記憶體屏障。這樣可以確保xchg之前和之後的所有記憶體操作都是有序的,有效防止記憶體重新排序。

2.發(fā)布語義不足: x86 上的正常儲存操作表現(xiàn)出發(fā)布語義,它允許對後續(xù)操作(包括獲取載入)進(jìn)行重新排序。另一方面,順序一致性要求禁止此類重新排序。

效能注意事項

原子儲存的xchg 與mov mfence 之間的選擇具有效能影響:

  • Skylake: mfence指令的無序執(zhí)行,而xchg 則不然。但是,xchg 對先前載入的值有錯誤依賴。
  • AMD:硬體最佳化手冊建議使用 xchg 進(jìn)行順序一致性儲存。
  • GCC/ Clang 優(yōu)化: 現(xiàn)代編譯器通常更喜歡xchg 而不是mov mfence.

線程柵欄的替代方案

除了使用xchg 進(jìn)行原子儲存之外,實(shí)作原子線程柵欄的其他選項(也使用seq_cst記憶體排序)包括:

  • lock 加入堆疊
  • lock 或dword [rsp], 0

區(qū)分釋放與取得

區(qū)分釋放與取得要注意的是:
  • 具有順序一致性的儲存並不意味著取得語意。
  • asm volatile("" ::: "memory");僅是編譯器屏障,不強(qiáng)制執(zhí)行順序一致。
  • 使用較弱順序操作和柵欄模擬順序一致性可能與 C 抽象機(jī)模型不完全一致。

結(jié)論

總而言之,x86 架構(gòu)上具有順序一致性的std::atomic 存儲利用xchg,因?yàn)樗哂型暾膬?nèi)存屏障效應(yīng)以及與順序要求的兼容性一致性。儘管存在替代實(shí)現(xiàn),但 xchg 因其效率和符合行業(yè)建議而仍然是廣泛採用的解決方案。

以上是為什麼 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致儲存?的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章!

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