对 std::atomic 变量的更改(读/写）如何在线程之间传播

How do changes (read/writes) to std::atomic variables propagate across threads

本文关键字：线程传播之间变量 atomic std 更新时间：2023-10-16

我最近问了这个问题，我需要使用内存屏障来保护共享资源

对于这个问题，我得到了一个非常有趣的答案，它使用了这个假设：

Changes to std::atomic variables are guaranteed to propagate across threads.

为什么会这样？怎么做？此行为如何适应 MESI 协议？

它们实际上不必传播，缓存一致性模型（MESI或更高级的模型）为您提供了内存连贯行为的保证，几乎就像它是平面的并且不存在缓存副本一样。顺序一致性增加了对系统中所有代理相同观察顺序的保证（注意 - 大多数 CPU 不能仅通过硬件提供顺序一致性）。

如果线程执行内存写入（甚至不是原子的），则运行该行的核心将获取该行并获得对该行的所有权。写入完成后，任何尝试观察该行的线程都可以保证看到更新的值，即使该行仍驻留在修改核心中 - 通常这是通过窥探核心并从中获取该行作为响应来实现的。缓存一致性协议将保证，如果这样的修改存在于某个内核中 - 任何其他寻找该行的核心最终都会看到它。为此，CPU 我使用侦听过滤器、目录管理（通常用于跨套接字一致性）或其他方法。

现在，你要问为什么原子很重要？原因有二。首先 - 以上所有内容仅适用于变量驻留在内存中而不是寄存器中的情况。这是一个编译器决策，因此正确的类型会告诉它这样做。其他范式（如 open-MP 或 POSIX 线程）有其他方法告诉编译器变量需要通过内存共享。其次，现代内核无序执行操作，我们不希望任何其他操作传递写入并公开过时数据。std：：atomic告诉编译器强制实施最强的内存排序（通过使用显式屏蔽或锁定 - 检查生成的汇编代码），这意味着来自所有线程的所有内存操作将具有相同的全局排序。如果你不这样做，可能会发生奇怪的事情，比如核心 A 和核心 B 不同意 2 次写入同一位置的顺序（这意味着他们可能会在其中看到不同的最终值）。

最后，当然，是实际的原子性 - 如果你的数据类型没有保证原子性，或者它没有正确对齐 - 这也将为你解决这个问题（否则一致性问题会加剧 - 想想一些线程试图改变在 2 个缓存行之间拆分的值，不同的内核看到部分值）