MESI协议能自动同步多个cpu核之间的变量值吗？

Question

据我所知，对变量的并发访问需要某种类型的同步(互斥、原子、内存屏障……)否则，无论尝试多少次，一个线程中的读取可能永远不会获得更新值。

然而，我的同事说，MESI协议(不考虑cpu没有MESI或类似的东西)能够在cpu缓存之间自动同步，如果读取一个由其他线程更新的变量，并且在读写时没有任何同步(只是简单地读，例如" if (a != 0)")，经过一段时间，读将最终获得更新值，如果它继续尝试。我认为这里没有保证。

所以我写了一个代码来测试这个：

volatile int * volatile a = 0; // avoid compiler reorder
void set() {
    a = new int(1);
    std::cout << "set complete" << std::endl;
}
void read(int i) {
    while(1) {
        if(a != 0) {
            std::cout << i << " detected" << std::endl;
            break;
        }
    }
}
int main()
{
    std::thread td00(std::bind(read, 0));
    std::thread td01(std::bind(read, 1));
    std::thread td02(std::bind(read, 2));
    std::thread td03(std::bind(read, 3));
    std::thread td04(std::bind(read, 4));
    // wait a moment to make sure 'set' gets called after 'read' runs
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
    std::thread td1(set);
    td1.join();
    td00.detach();
    td01.detach();
    td02.detach();
    td03.detach();
    td04.detach();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::minutes(60));
    return 0;
}

然而，运行会受到很多因素的影响，有时会阻塞，有时会打印“检测”。这不能成为有力的证据。

我已经搜索过了，但文档对此并不清楚。似乎MESI确实可以做“自动同步”(程序员不需要做任何事情)，“PrRd”和“PrWr”看起来只是正常的读写请求，没有锁或CMPXCHG或类似的东西。然而，为了提高速度，它引入了一个存储缓冲区，这会使cpu混乱，使“自动同步”的效果失效。为了修复这种混乱，程序员需要使用工具(内存屏障)来控制它。这意味着程序员必须手动进行同步才能使事情变得正确。

我的理解正确吗？如果是，假设程序员不手动操作，是否有时间延迟的保证来获得更新值？我认为一个读取器可能永远不会得到更新的值，但是我找不到证据。

Answer 1

结论是: x86_64是缓存一致性的，普通的简单写入对于共享一条总线的所有其他核心或cpus是全局可见的。

然而，这对于编写普通应用程序代码(不包括诸如编译器、操作系统内核等低级内容)是无用的。语言内存模型对编码器完全隐藏了这些缓存一致性协议。编码不应该依赖或利用那些协议功能，因为编译器或语言虚拟机、运行时会扰乱、优化你的代码。即使你知道具体会发生什么，违反语言内存模型来编写代码仍然是微妙和容易出错的。

其中一种可能性是，即使在设置函数调用之前，也会使示例代码打印"x detect“(显示如何发生的reference )，或者，变量a存储在寄存器中，如果没有volatile关键字，则使mesi无能为力。更不用说大多数语言没有c/c++比较易失性关键字，这允许程序员只选择编译器而不是“改变”源代码。