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目錄
為什么 std::atomic 使用 XCHG 進(jìn)行順序一致性存儲(chǔ)
背景
XCHG 的動(dòng)機(jī)
性能注意事項(xiàng)
線程?hào)艡诘奶娲桨?/a>
區(qū)分釋放和獲取
結(jié)論
首頁 后端開發(fā) C++ 為什么 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致存儲(chǔ)?

為什么 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致存儲(chǔ)?

Nov 24, 2024 am 01:37 AM

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

為什么 std::atomic 使用 XCHG 進(jìn)行順序一致性存儲(chǔ)

背景

在多線程領(lǐng)域,std::atomic 類提供了意味著跨線程并發(fā)訪問共享數(shù)據(jù),同時(shí)確保數(shù)據(jù)完整性。它的 store 成員函數(shù)允許使用指定的內(nèi)存排序語義將值寫入原子變量。

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)現(xiàn)原子存儲(chǔ)。該指令執(zhí)行同時(shí)交換值,而不是簡單的存儲(chǔ)操作。

XCHG 的動(dòng)機(jī)

雖然可能看起來簡單的存儲(chǔ)指令與內(nèi)存屏障相結(jié)合(例如,_ReadWriteBarrier()或 asm 易失性("" ::: "內(nèi)存");) 足以保證順序一致性,使用 xchg 有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

1。完整內(nèi)存屏障: xchg 由于其隱式鎖前綴,在 x86 上充當(dāng)完整的內(nèi)存屏障。這樣可以確保xchg之前和之后的所有內(nèi)存操作都是有序的,有效防止內(nèi)存重新排序。

2.發(fā)布語義不足: x86 上的正常存儲(chǔ)操作表現(xiàn)出發(fā)布語義,它允許對(duì)后續(xù)操作(包括獲取加載)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。

性能注意事項(xiàng)

原子存儲(chǔ)的 xchg 和 mov mfence 之間的選擇具有性能影響:

  • Skylake: mfence 停止 ALU 指令的無序執(zhí)行,而 xchg 則不然。但是,xchg 對(duì)先前加載的值存在錯(cuò)誤依賴。
  • AMD:硬件優(yōu)化手冊建議使用 xchg 進(jìn)行順序一致性存儲(chǔ)。
  • GCC/ Clang 優(yōu)化: 現(xiàn)代編譯器通常更喜歡 xchg 而不是 mov mfence.

區(qū)分釋放和獲取

需要注意的是:

  • 具有順序一致性的存儲(chǔ)并不意味著獲取語義。
  • asm volatile("" ::: "memory");僅是編譯器屏障,不強(qiáng)制執(zhí)行順序一致性。
  • 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(chǔ)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。盡管存在替代實(shí)現(xiàn),但 xchg 因其效率和符合行業(yè)建議而仍然是廣泛采用的解決方案。

以上是為什么 `std::atomic` 使用 `XCHG` 進(jìn)行順序一致存儲(chǔ)?的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章!

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