C++中的比较和交换

Question

所以我们使用的是目前相当旧的 boost 版本，在升级之前我需要为我的代码在 C++ 中进行原子 CAS 操作。（我们也没有使用 C++0x）

我创建了以下 cas 函数：

inline uint32_t CAS(volatile uint32_t *mem, uint32_t with, uint32_t cmp)
{
    uint32_t prev = cmp;
    // This version by Mans Rullgard of Pathscale
    __asm__ __volatile__ ( "lock\n\t"
            "cmpxchg %2,%0"
            : "+m"(*mem), "+a"(prev)
              : "r"(with)
                : "cc");

    return prev;
}

我使用该函数的代码如下：

void myFunc(uint32_t &masterDeserialize )
{
    std::ostringstream debugStream;

    unsigned int tid = pthread_self();
    debugStream << "myFunc, threadId: " << tid << " masterDeserialize= " << masterDeserialize << " masterAddress = " << &masterDeserialize << std::endl;

    // memory fence
    __asm__ __volatile__ ("" ::: "memory");
    uint32_t retMaster = CAS(&masterDeserialize, 1, 0);
    debugStream << "After cas, threadid = " << tid << " retMaster = " << retMaster << " MasterDeserialize = " << masterDeserialize << " masterAddress = " << &masterDeserialize << std::endl;
    if(retMaster != 0) // not master deserializer.
    {
       debugStream << "getConfigurationRowField, threadId: " << tid << " NOT master.  retMaster = " << retMaster << std::endl;

       DO SOMETHING...
    }
    else
    {
        debugStream << "getConfigurationRowField, threadId: " << tid << " MASTER. retMaster = " << retMaster << std::endl;

        DO SOME LOGIC  

        // Signal we're done deserializing.
        masterDeserialize = 0;
    }
    std::cout << debugStream.str();
}

我对这段代码的测试生成了 10 个线程，并向所有线程发出信号以使用 相同的 masterDeserialize 变量调用该函数。

这在大多数情况下运行良好，但每几千到几百万次测试迭代一次，2 个线程都可以进入获取 MASTER 锁的路径。

我不确定这怎么可能，或者如何避免。

我尝试在masterDeserialize重置之前使用内存栅栏，认为cpu OOO会影响，但这对结果没有影响。

显然这在多核机器上运行，并且是在调试模式下编译的，因此 GCC 不应重新排序执行以进行优化。

关于以上问题有什么建议吗？

编辑：我尝试使用 gcc 原语而不是汇编代码，得到了相同的结果。

inline uint32_t CAS(volatile uint32_t *mem, uint32_t with, uint32_t cmp)
{
    return __sync_val_compare_and_swap(mem, cmp, with);
}

我运行在多核、多 cpu 机器上，但它是虚拟机，这种行为是否可能是由 VM 以某种方式引起的？

Answer 1

理论上不仅两个而且任意数量的线程都可以成为这段代码中的"masters"。问题在于完成后采用主路径的线程将 masterDeserialize 变量设置回 0，从而使得可能很晚到达 CAS 的线程再次 "acquire" 成为可能（例如，由于抢占).

修复实际上很简单 - 将第三个状态（例如值为 2）添加到此标志以表示 "master has completed"，并在末尾使用此状态（而不是初始状态 0） master 的路径以表示其工作已完成。因此，只有一个调用 myFunc 的线程可以看到 0，这为您提供了所需的保证。要重用该标志，您需要将其显式重新初始化为 0。

C++中的比较和交换

Compare and swap in C++

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inline-assembly

multiprocessing

lock-free