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            飯中淹的避難所~~~~~

            偶爾來避難的地方~

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              94 隨筆 :: 0 文章 :: 257 評論 :: 0 Trackbacks
            經由FCC同學提醒,我才發現,之前的兩篇用volatile的無鎖通信,確實是敗在了優化上了。編譯器和CPU硬件會無情的擊毀我們認為的執行順序。

            這篇(0)就是否定掉前兩篇,然后在未來的(3)和(4)里面,將用cas等原語來重新設計這個無鎖的通信。

            關于編譯器的優化,我猜是為了CPU的U/V流水線來做的。它讓狀態的修改操作,有可能在操作之前就發生了,從而直接顛覆了整個方法。

            另外shbooom所說的,兩個原子操作的問題。可能是少打了一個不字。

            我說的原子操作,是在最終操作上來理解的,或者稱為內部因果關聯上。就是說,對狀態賦值前的取地址操作,都不算作賦值操作的一部分。同樣的對狀態進行檢查的時候的取地址操作,也不算作檢查的一部分。因為他們互不影響。最終影響檢查狀態的,只有寫內存位置的那一個操作。在這之間出現的執行穿插,最多會導致本次檢查無法命中,但下次檢查就一定會命中。



            [Barrier]

            在多篇文章中,我找到了解決辦法。可以通過Barrier結束掉之前的所有讀寫操作,從而讓設置狀態這個操作的寫操作不會被優化到實際任務操作的中間或者前面去。

            在VC中,有_ReadBarrier _WriteBarrier 和 _ReadWriteBarrier的特殊指令,可以將之前的所有對內存的讀和寫或者讀寫的優化限制到Barrier之前,從而不會把后面的操作優化到前面去。

            在其他的編譯器中,應該也有相應的東西來保障執行順序。

            不過我還沒測試過這個對性能帶來的影響。希望不要太大。
            posted on 2010-05-06 16:59 飯中淹 閱讀(2095) 評論(9)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 數據算法分析

            評論

            # re: 無鎖多線程通信(0):回到起點 2010-05-06 18:01 shbooom
            if(locked==false) { locked=true; doSomething();}這不是兩個原子操作?如何防止兩步之間沒有人插入?
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            # re: 無鎖多線程通信(0):回到起點 2010-05-06 18:36 飯中淹
            @shbooom
            不是locked,是dosomething.
            線程A
            if(doSomething==true) { DoSomething(); doSomething=false;}

            線程B
            if(doSomething==false) { DoOtherthing(); doSomething=true;}

            在A線程DoSomething()時,B線程進不去判斷,所以不會用DoOtherthing()來干擾。

            或者就按照你的locked
            修改成這樣
            線程A
            if(locked==false) { doSomething(); locked=true;}
            線程B
            if(locked) { doOtherthing(); locked = false;}

            在A的花括號內,B的doOtherthing不會影響A的doSomething。





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            # re: 無鎖多線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-06 18:58 cpm
            Intel Architectures Software Developer's Manual Volume 3A System Programming Guide Chapter 7 Section 2
            7.2.2 Memory Ordering in P6 and More Recent Processor Families
            The Intel Core 2 Duo, Intel Atom, Intel Core Duo, Pentium 4, and P6 family proces-
            sors also use a processor-ordered memory-ordering model that can be further
            defined as "write ordered with store-buffer forwarding." This model can be character-
            ized as follows.
            In a single-processor system for memory regions defined as write-back cacheable,
            the following ordering principles apply (Note the memory-ordering principles for
            single-processor and multiple-processor systems are written from the perspective of
            software executing on the processor, where the term "processor" refers to a logical
            processor. For example, a physical processor supporting multiple cores and/or
            HyperThreading Technology is treated as a multi-processor systems.):
            1 Reads are not reordered with other reads.
            2 Writes are not reordered with older reads.
            3 Writes to memory are not reordered with other writes, with the exception of
            writes executed with the CLFLUSH instruction and streaming stores (writes)
            executed with the non-temporal move instructions (MOVNTI, MOVNTQ,
            MOVNTDQ, MOVNTPS, and MOVNTPD).
            4 Reads may be reordered with older writes to different locations but not with older
            writes to the same location.
            5 Reads or writes cannot be reordered with I/O instructions, locked instructions, or
            serializing instructions.
            6 Reads cannot pass LFENCE and MFENCE instructions.
            7 Writes cannot pass SFENCE and MFENCE instructions.
            In a multiple-processor system, the following ordering principles apply:
            1 Individual processors use the same ordering principles as in a single-processor
            system.
            2 Writes by a single processor are observed in the same order by all processors.
            3 Writes from an individual processor are NOT ordered with respect to the writes
            from other processors.
            4 Memory ordering obeys causality (memory ordering respects transitive
            visibility).
            5 Writes to the same location have a total order.
            6 Locked instructions have a total order.

            其實只有寫操作和其后的讀操作(不同的地址)才會亂序執行  回復  更多評論
              

            # re: 無鎖多線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-06 19:07 cpm
            看了你之前的源代碼,當線程A需要放入數據時B線程一直在使用數據的話,線程A會占100%的CPU,系統里可不光A,B兩個線程,如果使用系統提供的臨界區,線程A會陷入內核然后釋放出CPU控制權,等線程B處理完會將A喚醒,提高了系統的利用率。  回復  更多評論
              

            # re: 無鎖多線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-06 19:22 飯中淹
            @cpm
            代碼中的賦值是在一起的,而且是對不同的變量,所以他們可能會被亂序執行。這樣另一個線程獲取到通過狀態后,可能這時候其他的寫操作還沒有執行完。就會出問題。

            所以在修改狀態前,要用一個寫barrier來過濾掉其他寫操作的reorder,從而實現修改狀態時,所有寫操作都完成。


            另外,關于例程的代碼,只是做分析用。實際使用時,還是得用一些手段來讓系統對線程進行調度。這個是最基本的常識。
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            # re: 無鎖線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-07 15:24 cpm
            @飯中淹
            3 Writes to memory are not reordered with other writes, with the exception ...
            所以寫操作和寫操作之間不會亂序(例外情況這里不會遇到)
            同時
            2 Writes by a single processor are observed in the same order by all processors.
            因此,一個線程的寫操作也是被所有線程依次觀察到的(例如一個線程先寫了a,后寫了b,那么所有線程觀察的結果都是a先被寫,b后被寫)
            所以這種情況下不需要內存屏障,只要變量加了volatile保證編譯器不優化就沒有問題


            另外,你的代碼之所以無鎖能夠運行,是因為通常需要多線程鎖的那些線程地位是對等的,而在你的例子里,其實是把一個單線程問題披上了多線程的外套。A線程只會把iState 由false改為true,而B線程只會把iState 由true改為false。既然這樣,為何不讓A線程檢查完直接處理呢?
            而真正需要多線程同步的問題(即不能簡化為單線程的問題),鎖是不可避免的。就算是lock-free編程,也是使用了硬件鎖。  回復  更多評論
              

            # re: 無鎖線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-07 16:57 飯中淹
            @cpm
            在這里,我說的是個多線程通信問題,它的單個任務是線性的。
            我認為:

            所有的多線程問題都可以細分為單個線性任務。

            不能細分為線性任務的問題,是不存在的。

            鎖是不可避免的,就算是狀態也是一種鎖。

            這里的無鎖,就是不用系統提供的鎖。

            無論是什么多線程問題,鎖都是保證線性任務線性執行的。

            所以沒有你說的不能簡化為單線程的問題。

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            # re: 無鎖線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-05-07 17:03 飯中淹
            @cpm
            另外,我準備用barrier來代替volatile,從而讓所有的讀寫操作都能夠被優化,并且,還能夠獲得及時的更新。
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            # re: 無鎖線程通信(0):回到起點,又見曙光 2010-06-02 10:04 maybetrueness
            為什么不使用Intel的線程開發包TBB呢?這個庫已經被多個產品使用了,而不是實驗性代碼。
            里面有模板 atomic<T> 來設定原子性變量,來代替volatile, 既保證正確性,又保證跨平臺。你們擔心的問題,我相信Intel的工程師都已經考慮到并且保證沒有問題的。  回復  更多評論
              

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