对共享内存的原子访问

Question

我在多个进程之间有一个共享内存，以某种方式解释内存。 例如：

DataBlock {
int counter;
double value1;
double ...    }

我想要的是计数器以原子方式更新/递增。并在该地址上发生内存释放。 例如，如果我没有使用共享内存，那么它会类似于

std::atomic<int> counter;
atomic_store(counter, newvalue, std::memory_order_release); // perform release     operation on the affected memory location making the write visible to other threads

如何为随机内存位置实现此目的（解释为上面的 DataBlock 计数器）？我可以保证地址按照架构（x86 Linux）的要求对齐。

1. 使更新原子化 - 如何？ （即atomicupdate(addr, newvalue)）
2. 多核内存同步 - （即memorysync(addr)）-我能看到的唯一方法是使用std:: atomic_thread_fence(std::memory_order_release) - 但这将“建立所有原子和宽松原子存储的内存同步排序” - 这对我来说太过分了 - 我只想同步计数器位置。 欣赏任何想法。

Answer 1

我不能在这里权威地回答，但我可以提供可能有帮助的相关信息。

1. 互斥体可以在共享内存中创建和/或创建为跨进程的。 Pthread 有一个特殊的创建标志，我不记得它是否使用共享内存，或者您共享一个句柄。 Linux“futex”可以直接使用共享内存（注意用户地址可能不同，但底层实际地址应该相同）

2. 硬件原子作用于内存而不是过程变量。也就是说，您的芯片不会关心哪些程序正在修改变量，因此最低级别的原子自然会是跨进程的。这同样适用于栅栏。

3. C++11 无法指定跨进程原子。但是，如果它们是无锁的（检查标志），则很难看出编译器如何实现它们，从而使跨进程无法工作。但是您会对您的工具链和最终平台抱有很大的信心。

4. CPU 依赖性保证还跟踪实际内存地址，因此只要您的程序在线程形式下是正确的，它在多进程形式下也应该是正确的（就可见性而言）。

5. Kerrek 是正确的，抽象机并没有真正提到多进程。然而，其同步细节的编写方式使得它们同样适用于进程间，就像适用于多线程一样。这与 #3 相关：编译器很难把它搞砸。

简而言之，没有符合标准的方法可以做到这一点。然而，根据标准定义多线程的方式，您可以对高质量编译器做出很多假设。

最大的问题是原子是否可以简单地分配在共享内存中（放置新的）并工作。显然，只有当它是真正的硬件原子时，这才有效。然而，我的猜测是，使用高质量的编译器/库，C++ 原子应该可以在共享内存中找到。

享受验证行为的乐趣。 :)

Answer 2

由于您使用的是 Linux，因此您可以在 counter 地址上使用 gcc 原子内置 __sync_fetch_and_add() ...根据关于原子内置函数的 gcc 文档 ,这也将实现一个完整的内存栅栏，而不是释放操作，但由于您实际上想要一个读取-修改-写入操作而不是简单的加载（即，递增计数器不仅仅是加载，而且您必须读取，那么修改，最后写回值），全内存栅栏将是更好的选择，可以为此操作强制执行正确的内存排序。

Answer 3

我正在查看标准草案 N4820 [atomics.lockfree]，它说：

4 [注意：无锁的操作也应该是无地址的。也就是说，对同一个对象进行原子操作
通过两个不同地址的内存位置将自动通信。实施不应
取决于任何每个进程的状态。此限制允许通过映射到的内存进行通信
多次进程并且由两个进程之间共享的内存进行。 ——尾注]

因此，如果您的目标是无地址，则先决条件是无锁，这可以通过 std::atomic 检查。

但是，我不确定如何创建原子对象。将对象放置在共享内存中是否足够好？虽然我在 github 上看到了这样的代码用法，但我还没有找到任何关于此用法的规范。

（编者注：您将指针投射到共享内存，例如
auto p = static_cast*>(ptr); 与以任何其他类型访问共享内存相同。）