Warum verwendet „std::atomic::store' mit sequentieller Konsistenz XCHG auf x86?

Warum verwendet ein std::atomic Store mit sequentieller Konsistenz XCHG?

Im Kontext atomarer Speicheroperationen bietet std::atomic eine sequentielle Konsistenzgarantie für seinen Ladenbetrieb. Das bedeutet, dass alle mit std::atomic::store durchgeführten Schreibvorgänge für alle nachfolgenden Speichervorgänge sichtbar sind, die am selben Ort ausgeführt werden.

XCHG vs. Store with Memory Barrier

Die Implementierung von std::atomic::store verwendet für sequentielle Konsistenz normalerweise eine XCHG-Anweisung auf x86- und x86_64-Architekturen. Diese Anweisung führt eine atomare Austauschoperation durch, bei der der an einem Speicherort gespeicherte Wert durch einen neuen Wert ersetzt wird.

Es stellt sich die Frage, warum XCHG einer einfachen Speicheroperation gefolgt von einer Speicherbarriere vorgezogen wird. Während ein normaler Speicher sicherstellt, dass die Daten in den Speicher geschrieben werden, garantiert er nicht, dass der Schreibvorgang für andere Threads oder Prozessoren sichtbar ist. Eine Speicherbarriere wie asm volatile("" ::: "memory") zwingt den Prozessor, alle ausstehenden Schreibpuffer zu leeren und Speichervorgänge über verschiedene Prozessoren hinweg zu synchronisieren.

Gründe für die Verwendung von XCHG

Es gibt mehrere Gründe, warum XCHG als geeignete Wahl für die Implementierung sequentieller Konsistenz in std::atomic::store: angesehen wird.

1. Atomic Nature: XCHG ist eine atomare Anweisung. Dies bedeutet, dass es als eine einzige unteilbare Operation ausgeführt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schreibvorgang und das Laden des vorherigen Werts ohne Interleaving durch andere Prozessoren oder Threads erfolgen.
2. Starke Speicherbarriere: Der XCHG-Befehl fungiert als vollständige Speicherbarriere auf x86 Architekturen. Dadurch wird der Prozessor gezwungen, seinen Schreibpuffer zu leeren und alle zwischengespeicherten Kopien des Speicherorts ungültig zu machen. Dies garantiert, dass alle vom XCHG vorgenommenen Änderungen für alle nachfolgenden Speichervorgänge sichtbar sind.
3. Überlegungen zur Leistung: Auf bestimmten CPUs, wie z. B. Intel Skylake, kann die Verwendung von XCHG für sequentielle Konsistenz die Leistung übertreffen Kombination aus Speicher und Speicherbarriere. XCHG vermeidet den mit der expliziten Speicherbarriere verbundenen Overhead, reduziert die Latenz und verbessert die Leistung.

Alternative Ansätze

Während XCHG eine häufige Implementierungswahl für sequentielle Konsistenz in std::atomic ist: :store gibt es alternative Ansätze, die verwendet werden können. Eine Möglichkeit besteht darin, einen MOV-Befehl gefolgt von einem MFENCE-Befehl zu verwenden. MOV führt einen regulären Speichervorgang durch, während MFENCE als vollständige Speicherbarriere fungiert. Dieser Ansatz wird in bestimmten Fällen von einigen Compilern verwendet.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von XCHG für sequentielle Konsistenz in std::atomic::store eine zuverlässige und effiziente Möglichkeit bietet, sicherzustellen, dass Schreibvorgänge über mehrere Threads und Prozessoren hinweg sichtbar und korrekt angeordnet sind.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWarum verwendet „std::atomic::store' mit sequentieller Konsistenz XCHG auf x86?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!