Windows 操作系统中的线程安全和原子读取

Posted 2023-02-21

【中文标题】Windows 操作系统中的线程安全和原子读取

【英文标题】：Thread-safety and atomic reading in Windows OS

【发布时间】：2011-02-04 12:46:27

【问题描述】：

我的应用程序中有这段代码。我怀疑它不是线程安全的，所以决定问问 SOers。

int * volatile int_ptr;
int count;

线程 1：

void grow(int new_count)

    if(new_count <= count) return;
    int * new_ptr = new int[new_count];
    memset(new_ptr, 0 , new_count * sizeof(int));
    memcpy(new_ptr,int_ptr,count);
    int * dum_ptr = (int *)InterlockedExchange((volatile long *)&int_ptr,(long)new_ptr)     
    count = new_count;
    delete [] dum_ptr;

线程 2：

int get_value(int index)

    return int_ptr[index];

我知道可以使用 CRITICAL_SECTION，但线程 1 可能一周工作一次，而线程 2 一天工作数百万次。在 99.99999% 的访问 int_ptr 的尝试中，第二个线程将无缘无故地进入和退出临界区。这对我来说没有意义。该应用程序只能在 Windows 2000 和更高版本中运行，并且显然具有多核英特尔处理器。

这段代码是线程安全的吗？如果不是，我应该怎么做才能使它成为线程安全的？如何以原子方式读取 int_ptr ？一世。 e. ：

int * dummy_ptr = read_atomic<int *>(int_ptr);
return dummy_ptr[index];

一个解决方案，包括std::vector，让我更快乐、更舒服。

【问题讨论】：

volatile 在这里没有为你做任何事情

@John Dibling：严格来说是为了我的实现还是一般？

不是要拖钓，但如果您认为可以摆脱此代码，您的用户名是合适的。 :-)

两者，真的。 volatile 在多线程编程中毫无用处。见：***.com/questions/4557979/…

【参考方案1】：

不，这不安全。 get_value 可以读取int_ptr 的值，然后被调度出去。然后另一个线程可以换出 int_ptr 和 delete 旧值。当get_value 被换回时，它会尝试取消引用它从int_ptr 读取的值 - 该值已被删除。

更好的方法是基于"Read-copy-update" (RCU)，它已经在Linux 中得到了很好的应用。基本原则是您不要立即删除旧值 - 您等到某个时间点可以保守地确定没有任何东西仍然具有旧指针值，然后将其删除。

很遗憾，Windows 上还没有 RCU 库实现。我想你可以尝试将urcu 移植到 Windows。

【参考方案2】：

不，不是。一种情况是 thread2 在 get_value 函数内，并且正在执行 int_ptr[index]。由于它不是原子的，这可能需要几个指令。这些指令执行到一半时，发生线程上下文切换，thread1 开始以grow 执行。这将delete[]int_ptr。现在当 thread2 启动时，它会遇到访问冲突。您可以使用CCriticalSection 来解决这个问题。由于它不是内核对象，因此在 Windows 操作系统上性能还不错。

【讨论】：

CCriticalSection 有一个内置的 CRITICAL_SECTION 实现。你认为我没有 CRITICAL_SECTIONs 的替代品

【参考方案3】：

考虑让线程 1 要求线程 2 执行更新或在执行更新时等待。

为了使这个有用，线程 2 必须侦听来自系统其余部分的某种信号或消息。可以使用新消息扩展消息传递机制或条件变量。还要考虑 APC（有点像 Unix 信号）。

这需要实际询问而不是强行暂停。强行挂起线程并不能解决问题，因为线程可能在任何时候挂起，包括在读取int_ptr 和读取int_ptr[index] 之间。