gcc 不同的原子操作(例如__sync_fetch_and_add和__sync_lock_test_and_set)是否相互排斥?

oewdyzsn  于 2023-01-13  发布在  其他
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我正在学习硬件支持的原子操作,我知道有很多原子操作,例如,比较和交换(CAS),获取和添加(FAA),测试和设置。
我知道,当我们在多线程程序的共享资源上只使用一个原子操作时,不同的线程可以互斥地访问共享资源。例如:

// this code implements a spinlock with CAS
    void lock_init(int *lock){
        *lock = 0;
    }

    void lock(int *lock) {
        while(__sync_val_compare_and_swap(lock, 0, 1) != 0) {
            ; // busy-looping
        }
    }

    void unlock(int *lock) {
        *lock = 0;
    }

在上面的代码中,所有访问锁变量的线程都将使用CAS原子操作来互斥地操作锁变量。
但是,当我们对同一个变量使用多个不同的原子操作时,这些不同的原子操作是否可以互斥地访问共享变量?
以下面的代码为例:

template<typename T> 
class AtomicIntegerT
{
    public:
        AtomicIntegerT()
            : value_(0) 
        {
        }
    
        T get() {
            return __sync_val_compare_and_swap(&value_, 0, 0);
        }   

        T getAndAdd(T x) {
            return __sync_fetch_and_add(&value_, x);
        }

        T addAndGet(T x) {
            return getAndAdd(x) + x;
        }

        T getAndSet(T newValue) {
            return __sync_lock_test_and_set(&value_, newValue);
        }

    private:
        volatile T value_; 
};

我想用__同步_瓦尔_比较_和_交换,__同步_获取_和_添加,_同步_锁定_测试_和_设置来实现原子变量。使用__同步_值_比较_和_交换来获得变量的值;使用__sync_fetch_and_add在变量上添加某个值;使用__sync_lock_test_and_set实现原子赋值操作。
当一个线程正在执行getAndSet(),而另一个线程正在执行getAndAdd()时,这两个线程是否可以互斥地访问value

更普遍的问题是,不同的原子操作(例如,__sync_fetch_and_add和__sync_lock_test_and_set)是互斥的吗?

x4shl7ld

x4shl7ld1#

是的,被弃用的GNU C __sync内置函数和modern GNU C __atomic builtins都是对象上的原子操作。您可以从不同的线程使用两个不同的原子操作,并获得一致的结果。
多个线程可以并行执行__atomic_load_n,在纯负载之间不需要互斥。这样你的get会比__sync CAS和0,0更有效率!
但是,__sync__atomic内置函数在对象上的操作是等价的互斥。过时的旧版__sync内置函数也等价于作为操作一部分的完整barrier(如atomic_thread_fence(memory_order_seq_cst),而不仅仅是seq_cst operation),因此它们可能会创建类似互斥的同步。
在不同对象上具有弱于__ATOMIC_SEQ_CST的顺序的__atomic操作可以看起来重叠,但是每个操作仍然是原子的。
__atomic内置函数是<atomic>用来实现std::atomic<T>在C中使用的函数。在C中,<stdatomic.h>_Atomic是使用与__atomic内置函数相同功能的可移植方式。(除了ISO C没有办法在程序的某些部分对对象进行非原子访问之外,C20 std::atomic_ref<>就可以做到这一点,或者你也可以在GNU C中使用__atomic内置函数。)

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