memory_order_seq_cst如何与非原子操作同步？

Posted 2021-04-14

如果使用单个原子变量和std::memory_order_seq_cst，非原子操作是否保证不会被重新排序？

例如，如果我有

std::atomic<bool> quux = {false};

void foo() {
    bar();
    quux.store(true, std::memory_order_seq_cst);
    moo();
}

bar()保证不会在store调用之后重新排序，并且moo()不会在store调用之前重新排序，只要我使用std::memory_order_seq_cst，至少从另一个线程的角度来看？

或者，将它放在代码中，如果从另一个线程运行，以下假设是否有效？

if(quux.load(std::memory_order_seq_cst) == true) {
   // bar guaranteed to be called; its side-effects are visible
   // moo might have been called, but is not guaranteed to
} else {
   // bar might have been called, but is not guaranteed to
   // moo might have been called, but is not guaranteed to
}

请注意，我假设bar和moo都不使用原子操作，互斥锁，锁，围栏或其他同步功能。

答案

如果使用单个原子变量和std::memory_order_seq_cst，非原子操作是否保证不会被重新排序？

这个http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order的标准很清楚：

memory_order_seq_cst具有此内存顺序的任何操作都是获取操作和释放操作，并且存在单个总订单，其中所有线程以相同的顺序观察所有修改

memory_order_acquire具有此内存顺序的加载操作会对受影响的内存位置执行获取操作：在此加载之前，不能对当前线程中的读取或写入进行重新排序。

memory_order_release具有此内存顺序的存储操作执行释放操作：在此存储之后，当前线程中的任何读取或写入都不能重新排序。

换句话说，没有负载或存储（非原子和原子）可以在memory_order_seq_cst操作周围重新排序。

---

bar()保证在商店调用后不会重新排序，并且moo()在商店调用之前不会重新排序，只要我使用std :: memory_order_seq_cst，至少从另一个线程的角度来看？

如果bar和moo的定义在当前转换单元中不可用，则编译器假定这些函数执行内存加载和/或具有副作用（执行I / O或存储到内存），因此无法围绕memory_order_seq_cst操作重新排序。

如果定义可用且函数不执行I / O或内存加载/存储，则可以重新排序。这些将是pure functions或什么都不做的功能，并返回void或常量。

另一答案

根据由@Maxim链接的链接http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order，关于memory_order_seq_cst存在错误。上面的文本与memory_order_acq_rel交换。 memory_order_seq_cst的文本：

memory_order_seq_cst：具有此内存顺序的加载操作执行获取操作，存储执行释放操作，读取 - 修改 - 写执行获取操作和释放操作，以及存在单个总订单，其中所有线程都观察所有修改以相同的顺序（参见下面的顺序一致排序）

因此，在您的情况下，存储操作等同于释放，这意味着可以在栅栏之前重新排序moo（）。

另一答案

因为使用了最严格的内存顺序，所以函数bar和moo不能分别在商店之前或之前重新排序。

你对if-else案的结论并不完全正确。

如果表达式if(quux.load(std::memory_order_seq_cst) == true)的计算结果为true，那么函数栏肯定已经完成了它的调用。无法确定对moo的调用顺序。它可能已经完成，没有开始，或者它可能在通话中间。

如果提到的表达式求值为false，那么我们无法确定两个函数的顺序。虽然表达式的计算结果为false，但函数moo尚未被调用，可能在执行之后，在执行进入else子句之前调用它。一旦进入else子句，函数moo的状态与前一段中的状态相同（无法确定）。