Wann sollten _mm_sfence, _mm_lfence und _mm_mfence verwendet werden?

Wann sind _mm_sfence, _mm_lfence und _mm_mfence zu verwenden?

Speicherzäune spielen eine entscheidende Rolle bei der Multithread-Programmierung, um die Speicherordnung zu erzwingen und zu verhindern unkontrollierte Neuordnung von Speicheroperationen. Intel bietet drei Arten von Speicherfences an: _mm_sfence, _mm_lfence und _mm_mfence, die jeweils bestimmten Zwecken dienen.

_mm_sfence

_mm_sfence wird hauptsächlich beim Umgang mit „NT-Speichern, ", bei denen es sich um schwach geordnete Speicheroperationen handelt. Diese Speicher werden häufig verwendet, um die Leistung zu verbessern, indem Cache-Fehler vermieden werden. Sie erfordern jedoch eine ordnungsgemäße Synchronisierung, um die richtige Reihenfolge der Speichervorgänge sicherzustellen. _mm_sfence fungiert als „Zaun“, der sicherstellt, dass alle davor liegenden schwach geordneten Vorgänge abgeschlossen werden, bevor nachfolgende Vorgänge fortgesetzt werden können.

_mm_lfence

_mm_lfence ist als Last gedacht Fence, wodurch verhindert wird, dass die Ausführung nachfolgender Ladevorgänge die _mm_lfence-Anweisung umgeht. Diese Funktionalität ist jedoch normalerweise nicht praktikabel, da Ladevorgänge in bestimmten Situationen nur schwach geordnet werden können, beispielsweise beim Zugriff auf WC-Speicherbereiche (Write-Combining). In den meisten Fällen ist die Verwendung von _mm_lfence zum Bestellen von Lasten nicht erforderlich.

_mm_mfence

_mm_mfence stellt den stärksten Speicherzaun dar und gewährleistet sequentielle Konsistenz, wodurch vorangehende Schreibvorgänge global erfolgen müssen vor allen weiteren Vorgängen sichtbar. Dies stellt sicher, dass bei späteren Lesevorgängen kein Wert beobachtet wird, bis alle vorherigen Speicher global sichtbar werden. Während _mm_mfence das höchste Maß an Synchronisierung bietet, verursacht es auch den höchsten Leistungsaufwand.

Alternativen zu Memory Fences

Für die meisten Szenarien wird std::atomic von C 11 verwendet oder C11s stdatomic ist ein bequemerer und effizienterer Ansatz zur Steuerung der Speicherreihenfolge. Diese bieten eine umfassende Reihe von Vorgängen mit integrierten Synchronisierungsgarantien, wodurch die manuelle Verwendung von Memory Fence überflüssig wird.

Fazit

Verstehen, wann _mm_sfence, _mm_lfence, und _mm_mfence ist wichtig, um das korrekte Verhalten in Multithread-Code sicherzustellen. Während _mm_sfence für die Synchronisierung schwach geordneter Geschäfte von entscheidender Bedeutung ist, haben _mm_lfence und _mm_mfence begrenztere Anwendungsfälle. Durch die entsprechende Nutzung dieser Zäune oder die Verwendung von std::atomic können Programmierer die Speicherordnung effektiv verwalten und Datenwettläufe und andere Parallelitätsprobleme verhindern.

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