我需要内存屏障吗？

Question

在下面的 C99 示例中，是否保证在读取或写入缓冲区后设置 buffer_full 标志（即使启用了 -O2 优化）？或者，我是否需要内存屏障来确保正确排序？

我希望这在 32 位对齐读写是原子的系统上是运行。

假设每个线程只有一个实例运行并且没有其他线程正在访问 buffer 或 buffer_full.

char buffer[100];
int buffer_full;

// write interesting data to the buffer. does not read.
void fill_buffer(char* buffer, size_t buffsz);
// read the interesting data in the buffer. does not write.
void use_buffer(const char* buffer, size_t buffsz);

void writer_thread()
{
    if (!buffer_full) {
        fill_buffer(buffer, sizeof(buffer));
        // is a memory barrier needed here?
        buffer_full = 1;
    }
}

void reader_thread()
{
    if (buffer_full) {
        use_buffer(buffer, sizeof(buffer));
        // is a memory barrier needed here?
        buffer_full = 0;
    }
}

Answer 1

我将您解释为询问编译器是否可以通过调用 fill_buffer() 和 read_buffer() 重新排序对 buffer_full 的赋值。只有在不改变程序的外部可观察行为的情况下，才允许进行此类优化（以及任何优化）。

在这种情况下，因为buffer_full有外部链接，编译器不太可能确定是否允许优化。如果 fill_buffer() 和 use_buffer() 函数的定义，以及它们自己调用的每个函数的定义，etc，它可能能够这样做。与 writer_thread() 和 reader_thread() 函数在同一个翻译单元中，但这在某种程度上取决于它们的实现。如果符合标准的编译器不确定优化是否被允许，那么它一定不会执行它。

由于您的命名暗示这两个函数将运行在不同的线程中，但是，如果没有内存屏障等同步操作，您无法确定一个线程运行的相对顺序感知对由不同线程执行的共享、非_Atomic、非volatile 数据的修改。

此外，如果一个线程写入一个非原子变量而另一个线程访问同一个变量（读取或写入），那么就会发生数据竞争，除非同步操作或原子操作尽可能地介入两者之间整体操作顺序。 volatile 变量在这里并没有真正帮助（参见 Why is volatile not considered useful in multithreaded C or C++ programming?）。但是，如果你使 buffer_full 原子化，或者如果你使用原子读写操作实现你的函数，那么这将有助于避免不仅涉及该变量而且涉及 buffer 的数据竞争（对于您当前的代码结构）。

我需要内存屏障吗？

Do I need a memory barrier?

c

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