C++中良性竞争条件的保障

Question

我知道C++标准不能保证存在数据竞争(我相信数据竞争有未定义的行为，意味着任何事情都会发生，包括程序终止、修改随机内存等)。

是否存在由一个线程写入内存位置和一个线程从同一位置读取(不同步)的数据竞赛不导致读取未定义值的读取操作，以及内存位置“最终”(在内存障碍之后)被更新为写入操作所写入的值的体系结构？

编辑后，将“争用条件”替换为“数据竞赛”

Answer 1

数据竞争的问题不是，您可能在机器级别上读取一个错误的值。数据竞争的问题是，编译器和处理器都会对代码执行许多优化。为了确保这些优化在存在多个线程的情况下是正确的，它们需要有关可以在线程之间共享的变量的附加信息。例如，这样的优化可以：

• 重新排序操作
• 添加额外的加载和存储操作
• 删除装载和存储操作

汉斯·博姆( Hans )有一篇很好的论文良性数据竞赛，名为如何错误编译具有“良性”数据竞赛的程序。本文摘录如下：

对延迟初始化的双重检查 这在源代码级别上是众所周知的不正确的.一个典型的用例看起来类似于 if (! init_flag ) { lock()；if (!init_flag) { my_data =.；init_flag= true；} unlock()；} tmp = my_data； 没有什么可以阻止优化编译器重新排序my_data的设置和init_flag的设置，甚至不能将my_data的加载提前到第一次init_flag测试之前，如果没有设置init_flag，则将其重新加载到条件中。一些非x86硬件可以执行类似的重排序，即使编译器不执行转换。这两种方法都可能导致对my_data的最终读取，看到未初始化的值并产生不正确的结果。

下面是另一个例子，其中int x是一个共享的，int r是一个局部变量。

int r = x;
if (r == 0)
    printf("foo\n");
if (r != 0)
    printf("bar\n");

如果我们只说读取x会导致一个未定义的值，那么程序就会打印"foo“或"bar”。但是，如果编译器按如下方式转换代码，程序也可能同时打印这两个字符串，或者没有一个字符串。

if (x == 0)
    printf("foo\n");
if (x != 0)
    printf("bar\n");

Answer 2

您可以使用linux，其中您可以在c++中通过父进程发送2个或多个子进程，您可以同时访问一个内存位置，并且通过使用同步您可以实现您想做的事情。-> 如何在Process叉()之间共享内存？，http://en.wikipedia.org/wiki/Dekker's_algorithm，问题，

Answer 3

一个始终会导致竞争位置的示例:要求两个线程向相同的变量写入不同的值。让我们假设

• 线程一将变量a设置为1。
• 线程2集变量a到2

您将获得竞赛条件，即使使用互斥对象也是如此，例如

• 如果首先执行线程1，那么您将得到a=1，然后是a=2。
• 如果首先执行线程2，那么您将得到a=2，然后是a=1。

线程的顺序取决于操作系统，并且没有确定哪个线程将是第一个线程。否则，它将是顺序的，不需要在单独的线程中执行。

现在假设您根本没有同步，并且在第一个线程中执行a=a+1，在第二个线程中执行a=a+2。A的初始值为0。

在程序集中，生成的代码是将一个寄存器的值复制到一个寄存器中，然后将1添加到其中(如果是第一个线程，则为2)。

如果您的完全没有同步，那么您可以有以下顺序，例如

• Thread1:复制到reg1的值。reg1包含0
• Thread2:复制到reg2的值。reg2包含0
• Thread1: reg1添加值1。现在包含1
• Thread2: reg2添加的值2。现在包含2
• Thread1: reg1添加值1。现在包含1
• Thread2: reg2添加的值2。现在包含2
• Thread1: reg1值放到a中。现在a包含1
• Thread2: reg2的值放到a中。现在a包含2

如果执行了sequentially线程2，那么在最后将有a=3。

现在假设一个指针是一个指针(如您所知，得到一个错误的指针入口会导致程序崩溃)。因此，错误的同步会导致程序崩溃。

合乎道理?