par_unseq和“向量化-不安全”函数

Question

我对par_unseq执行策略所施加的限制和“向量化-不安全”函数的想法感到困惑。

我的基本想法是：par_unseq执行策略允许编译器执行矢量化，因此单个线程可以在不同的函数实例之间交织指令。正因为如此，使用类似互斥的东西会因为指令的重新排序而导致死锁。

但是，像compare_exchange循环这样的无锁原子算法呢？或者是没有等待的原子算法，比如原子引用计数机制？

我一开始以为这些会没事的。然而，在cppreference.com的解释说：

取消顺序的执行策略是唯一不对函数调用进行排序的情况，这意味着它们可以相互交织。在C++中的所有其他情况下，它们都是不确定顺序的(不能交织)。因此，用户不允许分配或释放内存、获取互斥、使用非锁定的std：：原子专门化，或者通常在使用这些策略时执行任何向量化操作(向量化-不安全函数是将另一个函数(例如，synchronize-with同步)与下一个std::mutex::lock同步的函数)。

这是令人困惑的，因为一方面它说没有锁的std::atomic操作是可以的，另一方面它说向量化不安全的函数是与另一个函数同步的任何函数。C++标准中的术语“同步与”不仅仅意味着互斥--它意味着任何与另一个同步的原子操作，例如使用std::memory_order_acquire的原子负载，它与使用std::memory_order_release的原子存储同步。这样的操作可以是无锁的，也可以是没有等待的，但仍然可以彼此同步，以保证线程之间的顺序。

因此，是否可以使用例如使用无锁std::atomic变量的获取/释放操作(只要所使用的算法实际上是无锁的，即前向进程至少由一个线程来保证)？或者par_unseq禁止任何同步(即只有轻松的原子操作才能安全地使用)？

Answer 1

cppreference.com不是权威的。实际的C++标准是关于在未排序的算法中使用atomics的没什么，并且简单地排除了所有向量化-不安全的操作。目标是消除迭代之间的任何依赖。

允许未排序的执行策略在同一线程中同时执行多个迭代。这打破了通常发生的情况--在语义和前进之前--保证了进程，并可能导致死锁。例如，等待上一次迭代的结果的CAS循环可能永远不会完成，因为程序被重新排序以执行8个这样的循环，然后是向量操作。

int a[100]{};
std::atomic<int> busy = 0;
std::for_each(std::execution::par_unseq, std::begin(a), std::end(a), [&](int& x) {
    int expected;
    while (!busy.compare_exchange_strong(expected = 0, 1)) {} // might deadlock
    x++;
    busy = 0;
});

实际上，您不希望将矢量化代码与原子访问混合使用，因为前者用于性能关键代码，而后者则非常慢。向量化编译器也可能无法将此类代码向量化。

Answer 2

它说你不能使用无锁的std::atomic操作。它没有说您可以使用无锁的std::atomic操作，也没有说您不能使用无锁的std::atomic操作。

因此，使用无锁std::atomic操作是有可能的，但您仍然需要确保它们满足其他条件(比如不与其他函数同步)。