C中的并发变量访问

Question

我有一个关于 C 并发编程的相当具体的问题。我对此做了相当多的研究，但看到了几个相互矛盾的答案，所以我希望得到一些澄清。 我有一个类似于以下内容的程序（抱歉代码块太长）：

typedef struct {
  pthread_mutex_t mutex;
  /* some shared data */
  int eventCounter;
} SharedData;

SharedData globalSharedData;

typedef struct {
  /* details unimportant */
} NewData;

void newData(NewData data) {
  int localCopyOfCounter;

  if (/* information contained in new data triggers an
         event */) {
    pthread_mutex_lock(&globalSharedData.mutex);
    localCopyOfCounter = ++globalSharedData.eventCounter;
    pthread_mutex_unlock(&globalSharedData.mutex);
  }
  else {
    return;
  }

  /* Perform long running computation. */

  if (localCopyOfCounter != globalSharedData.eventCounter) {
    /* A new event has happened, old information is stale and
       the current computation can be aborted. */
    return;
  }

  /* Perform another long running computation whose results
     depend on the previous one. */

  if (localCopyOfCounter != globalSharedData.eventCounter) {
    /* Another check for new event that causes information
       to be stale. */
    return;
  }

  /* Final stage of computation whose results depend on two
     previous stages. */
}

有一个线程池为传入数据的连接提供服务，因此可以同时运行 newData 的多个实例。 在多处理器环境中，我知道在正确处理此代码的计数器处理部分时存在两个问题：防止编译器将共享计数器副本缓存在寄存器中，以便其他线程看不到它，并强制CPU 及时将计数器值的存储写入内存，以便其他线程可以看到它。 我不想在计数器检查周围使用同步调用，因为计数器值的部分读取是可以接受的（它将产生与本地副本不同的值，这应该足以断定事件已发生）。 将 SharedData 中的 eventCounter 字段声明为易失性就足够了，还是我需要在这里做其他事情？ 还有更好的方法来处理这个问题吗？

Answer 1

不幸的是，C 标准对并发性的描述很少。 然而，大多数编译器（无论如何，gcc 和 msvc）都会将易失性读取视为具有 获取语义——每次访问时都会从内存中重新加载易失性变量。 这是可取的，您现在的代码可能最终会比较寄存器中缓存的值。 如果这两个比较都得到优化，我什至不会感到惊讶。

所以答案是肯定的，让 eventCounter 变得易失。 或者，如果您不想过多限制编译器，可以使用以下函数来执行 eventCounter 的读取。

int load_acquire(volatile int * counter) { return *counter; }

if (localCopy != load_acquire(&sharedCopy))
    // ...

Answer 2

阻止编译器缓存
寄存器中的本地副本
所以其他线程看不到它

您的本地计数器副本是“本地”的，在执行堆栈上创建，并且仅对正在运行的线程可见。 每个其他线程都在不同的堆栈中运行，并具有自己的本地计数器变量（无并发）。

您的全局计数器应声明为易失性以避免寄存器优化。

Answer 3

您还可以使用手动编码的程序集或编译器内在函数，它将保证原子检查你的互斥锁，它们也可以原子地 ++ 和 - 你的计数器。

易失性是 无用，您应该查看内存屏障，它们是其他低级 CPU 设施，可帮助解决多核争用问题。

然而，我能给的最好建议是让您深入了解各种托管和本机多核支持库。 我猜一些较旧的，如 OpenMP 或 MPI（基于消息），仍然很受欢迎，人们会继续说它们有多酷......但是对于大多数开发人员来说，像英特尔的 TBB 或 微软的新API，我也刚刚挖了这个代码项目文章< /a>，他显然正在使用 cmpxchg8b，这是我最初提到的低级硬件路线......

祝你好运。