使用 Visual C++ (2010) 在 64 位版本中生成 CMPXCHG（无 LOCK）

Posted 2023-02-16

【中文标题】使用 Visual C++ (2010) 在 64 位版本中生成 CMPXCHG（无 LOCK）

【英文标题】：Generating CMPXCHG (without LOCK) in 64-bit builds using Visual C++ (2010)

【发布时间】：2013-01-09 21:09:58

【问题描述】：

我需要在同一 CPU 上运行的多个线程的上下文中使用 CAS 函数（假设所有线程都通过SetThreadAffinityMask 静态粘合到选定的 CPU）。

InterlockedCompareExchange 生成 LOCK CMPXCHG。 LOCK 部分会带来一些副作用，例如缓存未命中、总线锁定以及与其他 CPU 争用的可能性，所有这些都很好，但考虑到这种情况，感觉就像是一种奢侈的过度。由于竞争线程在同一个 CPU 上运行，我假设可以删除 LOCK，并且我进一步假设它应该会提高性能。

所以这是我的第一个问题 - 我的假设是否正确？

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我知道如何使用 32 位版本的内联汇编生成 CMPXCHG。另外，根据this SO thread，我也知道如何处理 64 位版本，但是 作为函数调用。

我不明白，这是我的第二个问题，是如何生成它的内联版本。

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谢谢。

【问题讨论】：

Hmm.. 如果我正在尝试这个，我会使用宏（OK，~~shudder~~）或 ifdef，这样我以后可以轻松添加锁定前缀，如果我怀疑有问题或发现 SetThreadAffinityMask 是一个理想的“优化”。

因此，如果您有效地保证每个线程都是唯一运行的（因此对共享数据的唯一读写来自单个线程），那么您只是在编写一个单线程程序。那么为什么要使用InterlockedCompareExchange？

@GManNickG 他在单个逻辑 CPU 上使用多个线程。实际上，他在这里与先发制人的多任务处理作斗争——他需要它是一条指令，这样他的线程就不会在if(x == y) x = z 的中间暂停，但他不需要LOCK，因为它仍然只在一个单个逻辑 CPU。

@CoryNelson：啊，明白了。所以他想要没有内存栅栏的原子更新。只需要使用平台的实现保证；即撬开MSVC2012的<atomic>，复制std::atomic<int>::compare_exchange_strong(..., memory_order_relaxed)。

@CoryNelson - 没有 MSVC2012，所以不能这样做......虽然我怀疑这是另一个内在因素，它不在 2010 版本中。

【参考方案1】：

不是为了回答我自己的问题，而是为了描述一种解决方法。

对于 boolean 变量的 CAS，可以回退到 _bittestandset，它比 CMPXCHG 慢，但在 VS2010 中具有内在形式。

【参考方案2】：

这个真的是评论多了，不过篇幅有点太有限了……

我怀疑*您会在不使用汇编的情况下自行获得 CMPXCHG 指令。如果该区域非常关键，请使用 Interlocked 内在函数，反汇编输出，删除 LOCK 覆盖前缀并将其链接（我会为 32 位和 64 位变体执行此操作，因为内联 ASM 是 less than optimal in MSVC，因为它的总是被视为不安全，导致插入额外的保护，这可能比调用外部版本更糟糕。从好的方面来说，它也会给你一个更统一的代码布局。

我还建议您对这两种解决方案进行概要分析，不使用 LOCK，因为大多数较新的 Intel CPU 实施缓存级锁，这大大降低了锁的性能影响（Intel Developer Manual 的第 8 章提供深入了解总线锁定的确切影响）。

*我所说的“怀疑”是指：它不作为显式内在存在，并且使用编译器强制技巧非常很脆弱，并不是说我知道任何强制发射 @987654326 @ 或 CMPXCHG（XCHG (E)AX,(E)AX 除外，用作对齐 NO-OP）。