C++11原子:使用内存映射的I/O是否有意义，甚至可能吗？

Question

据我所知，在内存映射I/O之上实现设备驱动程序时，使用了C volatile和可选的内存围栏内联asm。在Linux内核中可以找到几个例子。

如果我们忘记了潜在异常的风险(如果有的话)，用C++11原子替换它们是否有意义？或者，有可能吗？

Answer 1

通常，您可以用atomics替换内存栅栏，但不能使用volatile，除非它与专门用于线程间通信的栅栏一起使用。

关于内存映射I/O，atomics不足够的原因是：

• volatile保证您程序中对该变量的所有内存访问实际上都会发生，并且它们的发生(在单个线程中)完全按照您指定的顺序进行。
• std::atomic只保证您的程序会表现为，就好像所有的内存访问都会发生一样(根据C++的内存模型，它不知道内存映射的I/O)，并且--取决于指定的内存顺序--就好像按指定的顺序发生一样。

实际上，这意味着编译器可以用单个写替换对同一个(非易失性的)原子的连续写入(如果之间没有其他同步)，对于读也是如此。如果没有使用读取的结果，它甚至可以完全消除读取(编译器可能仍然需要发出内存屏障)。

在更理论的层面上，如果您的编译器能够证明您的程序所做的全部是返回42，那么它可以将其转换为一个指令，而不依赖于您的程序在这个过程中使用了多少线程和atomics。如果您的程序使用易失性变量，则情况并非如此。

编辑:例如，本论文显示了一些可拥有的(可能是意想不到的)优化，编译器允许应用于原子循环变量。

Answer 2

正如我所理解的，std::atomic用于管理对内存的多线程访问(并发等)。但是我知道，正如您所说的，volatile是为诸如内存映射I/O和信号处理之类的事情设计的。因此，如果单独使用volatile，则不会影响原子访问，也不会解决诸如atomics之类的多线程访问问题。反之亦然-- atomics不提供volatile的特性。

因此，对你问题的简短回答是否定的。