6.51 Встроенные функции для операций с атомными данными с учётом модели памяти

Следующие встроенные функции приблизительно соответствуют требованиям модели памяти C++11. Многие из них похожи на встроенные функции с префиксом «__sync», но все также имеют параметр модели памяти. Все они идентифицируются префиксом «__atomic», и большинство из них перегружены так, чтобы работать с несколькими типами.

GCC позволяет использовать любой целочисленный скаляр или указатель длиной 1, 2, 4 или 8 байт. 16-байтовые целочисленные типы также разрешены, если архитектура поддерживает «__int128» (см. __int128).

Целевым архитектурам рекомендуется предоставлять собственные шаблоны для каждой из этих встроенных функций. Если целевая архитектура не указана, используются исходные атомарные встроенные функции «__sync» без учёта модели памяти, а также любые необходимые синхронизирующие ограждения вокруг них для достижения правильного поведения. В этом случае выполнение подчиняется тем же ограничениям, что и для этих встроенных функций.

Если нет шаблона или механизма для обеспечения последовательности инструкций без блокировки, вызывается внешняя процедура с теми же параметрами для разрешения в ходе выполнения.

Четыре функции, не относящиеся к арифметическим операциям (загрузка, сохранение, обмен и сравнение_с_обменом), также имеют общую версию. Эта общая версия работает с любым типом данных. Если размер типа данных соответствует одному из целочисленных размеров, которые могут поддерживать безблокировочные операции, общая версия использует встроенную функцию без блокировки. В противном случае вызов внешней процедуры остаётся для разрешения во время выполнения. Эта внешняя процедура имеет тот же формат, но с добавлением параметра «size_t», вставленного в качестве первого параметра, указывающего размер объекта, на который указывает указатель. Все объекты должны быть одинакового размера.

Существует 6 различных моделей памяти, которые можно указать. Они соответствуют тем же именам в стандарте C++11. Для более подробных определений обратитесь туда или к странице вики-справочника GCC об атомной синхронизации. Эти модели памяти интегрируют как барьеры для перемещения кода, так и требования к синхронизации с другими потоками. Они перечислены приблизительно в порядке возрастания силы. Также можно использовать специфичные для целевой архитектуры флаги для флагов модели памяти, такие как «Hardware Lock Elision».

__ATOMIC_RELAXED

Без барьеров и синхронизации.

__ATOMIC_CONSUME

Только зависимость данных как для барьера, так и для синхронизации с другим потоком.

__ATOMIC_ACQUIRE

Барьер для подъёма кода и синхронизируется с операциями хранения с семантикой «освобождения» (или сильнее) из другого потока.

__ATOMIC_RELEASE

Барьер для опускания кода и синхронизируется с операциями загрузки с семантикой «приобретения» (или сильнее) из другого потока.

__ATOMIC_ACQ_REL

Полный барьер в обоих направлениях и синхронизируется с операциями загрузки «приобретения» и операциями хранения «освобождения» в другом потоке.

__ATOMIC_SEQ_CST

Полный барьер в обоих направлениях и синхронизируется с операциями загрузки «приобретения» и операциями хранения «освобождения» во всех потоках.

При реализации шаблонов для этих встроенных функций параметр модели памяти можно игнорировать, если шаблон реализует самую жёсткую __ATOMIC_SEQ_CST модель. Любые другие модели памяти выполняются корректно с этой моделью памяти, но они могут не выполняться так эффективно, как с более подходящей реализацией требований «релаксации».

Обратите внимание, что стандарт C++11 позволяет определять параметр модели памяти во время выполнения, а не во время компиляции. Эти встроенные функции отображают любое значение времени выполнения в __ATOMIC_SEQ_CST вместо вызова библиотечной функции во время выполнения или вставки оператора switch. Это соответствует стандарту, безопасно и является самым простым подходом на данный момент.

Параметр модели памяти — это целое число со знаком, но только младшие 16 бит зарезервированы для модели памяти. Остальная часть целого числа со знаком зарезервирована для использования целевой архитектурой и должна быть равна 0. Использование предопределённых атомных значений гарантирует правильное использование.

Встроенная функция: тип __atomic_load_n (тип *ptr, int memmodel)

Эта встроенная функция реализует атомную операцию загрузки. Она возвращает содержимое *ptr.

Допустимые варианты модели памяти — __ATOMIC_RELAXED, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_ACQUIRE, и __ATOMIC_CONSUME.

Встроенная функция: void __atomic_load (тип *ptr, тип *ret, int memmodel)

Это общая версия атомной операции загрузки. Она возвращает содержимое *ptr в *ret.

Встроенная функция: void __atomic_store_n (тип *ptr, тип val, int memmodel)

Эта встроенная функция реализует атомную операцию сохранения. Она записывает val в *ptr.

Допустимые варианты модели памяти — __ATOMIC_RELAXED, __ATOMIC_SEQ_CST, и __ATOMIC_RELEASE.

Встроенная функция: void __atomic_store (тип *ptr, тип *val, int memmodel)

Это общая версия атомной операции сохранения. Она сохраняет значение *val в *ptr.

Встроенная функция: тип __atomic_exchange_n (тип *ptr, тип val, int memmodel)

Эта встроенная функция реализует атомную операцию обмена. Она записывает val в *ptr, и возвращает предыдущее содержимое *ptr.

Допустимые варианты модели памяти — __ATOMIC_RELAXED, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_ACQUIRE, __ATOMIC_RELEASE, и __ATOMIC_ACQ_REL.

Встроенная функция: void __atomic_exchange (тип *ptr, тип *val, тип *ret, int memmodel)

Это общая версия атомной операции обмена. Она записывает содержимое *val в *ptr. Исходное значение *ptr копируется в *ret.

Встроенная функция: bool __atomic_compare_exchange_n (тип *ptr, тип *expected, тип desired, bool weak, int success_memmodel, int failure_memmodel)

Эта встроенная функция реализует атомную операцию сравнения и обмена. Она сравнивает содержимое *ptr с содержимым *expected и, если они равны, записывает desired в *ptr. Если они не равны, текущее содержимое *ptr записывается в *expected. weak имеет значение true для слабого сравнения_с_обменом и false для сильного варианта. Многие целевые архитектуры предлагают только сильный вариант и игнорируют этот параметр. В случае сомнений используйте сильный вариант.

Возвращает true, если desired записано в *ptr и выполнение соответствует модели памяти, указанной success_memmodel. Здесь нет ограничений на используемую модель памяти.

В противном случае возвращает false, и выполнение соответствует модели памяти failure_memmodel. Эта модель памяти не может быть __ATOMIC_RELEASE ни __ATOMIC_ACQ_REL. Она также не может быть сильнее модели, указанной success_memmodel.

Встроенная функция: bool __atomic_compare_exchange (тип *ptr, тип *expected, тип *desired, bool weak, int success_memmodel, int failure_memmodel)

Эта встроенная функция реализует общую версию __atomic_compare_exchange. Функция практически идентична __atomic_compare_exchange_n, за исключением того, что значение «desired» также является указателем.

Встроенная функция: тип __atomic_add_fetch (тип *ptr, тип val, int memmodel)

...

Эти встроенные функции выполняют операцию, предложенную именем, и возвращают результат операции. То есть,

{ *ptr op= val; return *ptr; }

Все модели памяти допустимы.

...

Эти встроенные функции выполняют операцию, предложенную именем, и возвращают значение, которое ранее находилось в *ptr. То есть,

{ tmp = *ptr; *ptr op= val; return tmp; }

Все модели памяти допустимы.

Встроенная функция: bool __atomic_test_and_set (void *ptr, int memmodel)

Эта встроенная функция выполняет атомную операцию test-and-set для байта по адресу *ptr. Байт устанавливается на некоторое реализационно определённое ненулевое «установленное» значение, а возвращаемое значение — true тогда и только тогда, когда предыдущее содержимое было «установлено». Она должна использоваться только для операндов типа bool или char. Для других типов может быть установлена только часть значения.

Все модели памяти допустимы.

Встроенная функция: void __atomic_clear (bool *ptr, int memmodel)

Эта встроенная функция выполняет атомную операцию сброса значения для *ptr. После выполнения операции *ptr содержит 0. Она должна использоваться только для операндов типа bool или char, а также в сочетании с __atomic_test_and_set. Для других типов она может только частично сбросить значение. Если тип не bool, предпочтительнее использовать __atomic_store.

Допустимые варианты модели памяти — __ATOMIC_RELAXED, __ATOMIC_SEQ_CST, и __ATOMIC_RELEASE.

Встроенная функция: void __atomic_thread_fence (int memmodel)

Эта встроенная функция действует как барьер синхронизации между потоками на основе указанной модели памяти.

Все порядки памяти допустимы.

Встроенная функция: void __atomic_signal_fence (int memmodel)

Эта встроенная функция действует как барьер синхронизации между потоком и обработчиками сигналов в рамках того же потока.

Все порядки памяти допустимы.

Встроенная функция: bool __atomic_always_lock_free (size_t size, void *ptr)

Эта встроенная функция возвращает true, если объекты размером size байт всегда генерируют атомные инструкции без блокировки для целевой архитектуры. size должен быть константой на этапе компиляции, а результат также должен быть константой на этапе компиляции.

ptr — это необязательный указатель на объект, который может использоваться для определения выравнивания. Значение 0 указывает, что следует использовать стандартное выравнивание. Компилятор также может игнорировать этот параметр.

if (_atomic_always_lock_free (sizeof (long long), 0))

Встроенная функция: bool __atomic_is_lock_free (size_t size, void *ptr)

Эта встроенная функция возвращает true, если объекты размером size байт всегда генерируют атомные инструкции без блокировки для целевой архитектуры. Если известно, что это не блокировка, вызывается процедура runtime с именем __atomic_is_lock_free.

ptr — это необязательный указатель на объект, который может использоваться для определения выравнивания. Значение 0 указывает, что следует использовать стандартное выравнивание. Компилятор также может игнорировать этот параметр.

Далее: Встроенные функции для обработки переполнения целых чисел, Предыдущее: Встроенные функции __sync, Наверх: Расширения языка C [Оглавление][Индекс]