使用编译器内在函数实现自旋锁以同步 OpenMP 线程

Posted 2023-02-16

【中文标题】使用编译器内在函数实现自旋锁以同步 OpenMP 线程

【英文标题】：Implementing spinlocks to synchronize OpenMP threads using compiler intrinsics

【发布时间】：2016-06-23 14:29:56

【问题描述】：

请看以下代码 sn-p 使用 OpenMP 进行并行化：

char lock = 0;
#pragma omp parallel

    while(!__sync_bool_compare_and_swap(&lock, 0, 1));
    printf("Thread: %d is working!\n", omp_get_thread_num());
    sleep(1);
    printf("Thread: %d unlocks lock!\n", omp_get_thread_num());
    lock = 0;

是否有可能线程同时锁定锁，即使锁定是原子的 __sync_bool_compare_and_swap？ 例如，并非所有线程都具有一致的内存视图？

【问题讨论】：

__sync_*() 是一个完整的障碍，lock = 0; 不是。

你为什么要这样做？ OpenMP 正是为了提供适当的抽象而设计的，例如#pragma omp crtical 在你的情况下。从description of __sync_bool_compare_and_swap 开始，我强烈假设内存屏障用于强制执行一致的内存视图。但正如 EOF 所注意到的，lock = 0; 可能由于重新排序而成为问题。

虽然我完全同意你的看法，但我目前正在使用我尚未编写的代码，并且在这段代码中，同步得到了加强，就像我在代码中呈现它的方式一样。并且 Intel Inspector 会检测竞争条件，如果同步按我预期的那样工作，这应该是不可能的。

可以想象英特尔 Inspector 会产生误报吗？

【参考方案1】：

如果您坚持不以 OpenMP 方式执行此操作：

您肯定需要一个编译器屏障来防止lock=0 成为reordered at compile time。

如果您只针对 x86，则只需一个编译器障碍即可；否则在lock=0 之前使用C11 atomic_thread_fence(memory_order_release)，这只是x86 上的编译器屏障，但会在弱排序架构上发出必要的指令。

或者将 lock 设为原子类型，并使用 C11 标准原子发布存储将其设置为 0。

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在lock cmpxchg 上旋转以获取锁定是非常低效的。您应该在负载上旋转直到锁可用，然后尝试使用它。例如你应该写一些可以编译成代码的东西like this minimal but real asm spinlock implementation.

例如使用带有memory_order_acquire 的C11 原子负载。然后使用普通的xchg，而不是cmpxchg，并检查您是否获得了锁，或者其他线程是否在您之前获得了锁。