原子访问与内存一致性全解析
1. “发生前”关系
当我们探讨程序执行的正确性、性能等方面时,需要对所有线程的状态有足够的局部了解,并知道如何将这些局部信息整合,以形成对整体的连贯认知。由此引入了Lamport提出的“发生前”关系,在C标准术语中,指两个求值E和F之间的关系,用F →E表示。这是一种事后观察到的事件间属性,更准确地说,或许称为“已知发生前”关系更合适。
该关系包含两部分:
-同一线程内的顺序关系:若F在E之前排序,则F →E。例如在输入线程中,对command[0]的赋值操作在switch语句之前排序,所以可以确定switch语句的所有情况都会在赋值之后执行,或者至少会被感知为后续发生。
-线程间的同步关系:线程间事件的顺序通过同步来确定,同步分为两种类型:原子操作和某些C库调用。
1.1 原子操作同步
原子对象可用于同步两个线程,当一个线程写入值,另一个线程读取该写入的值时,就实现了同步。原子操作保证局部一致性,原子对象X的修改集按与处理X的任何线程的顺序关系一致的顺序执行,这个顺序称为X的修改顺序。
例如,对于原子变量x,有初始化(值为11)、两次递增和三次赋值共六次修改。C标准保证线程A和B都能以与修改顺序一致的顺序感知到x的所有变化。
在示例中,有两次同步:
- 线程B在--x操作结