原子64位寫入GCC

Question

我已經陷入了一個混亂的混亂的多線程編程混亂，並希望有人能來和我巴掌一些理解。

經過相當多的閱讀後，我已經瞭解到，我應該能夠在64位系統上自動設置一個64位整數值的值。

雖然我發現很多這種閱讀困難，所以我想嘗試做一個測試來驗證這一點。所以我寫了一個線程一個簡單的程序，將設置一個變量爲兩個值中的一個：

bool switcher = false; 

while(true) 
{ 
    if (switcher) 
     foo = a; 
    else 
     foo = b; 
    switcher = !switcher; 
} 

而另一個線程這將檢查foo值：

while (true) 
{ 
    __uint64_t blah = foo; 
    if ((blah != a) && (blah != b)) 
    { 
     cout << "Not atomic! " << blah << endl; 
    } 
} 

我設置a = 1844674407370955161;和b = 1144644202170355111; 。我運行這個程序，並得到沒有輸出警告我，blah不是a或b。

大，看起來可能是原子寫入......但後來，我改變了第一個線程設置a和b直接，就像這樣：

bool switcher = false; 

while(true) 
{ 
    if (switcher) 
     foo = 1844674407370955161; 
    else 
     foo = 1144644202170355111; 
    switcher = !switcher; 
} 

我重新運行，突然：

Not atomic! 1144644203261303193 
Not atomic! 1844674406280007079 
Not atomic! 1144644203261303193 
Not atomic! 1844674406280007079 

發生了什麼變化？無論哪種方式，我分配一個很大的數字foo - 編譯器處理一個常數不同，或我誤解了一切？

謝謝！

---

1： Intel CPU documentation, section 8.1, Guaranteed Atomic Operations

2：GCC Development list discussing that GCC doesn't guarantee it in the documentation, but the kernel and other programs rely on it

Answer 1

拆卸循環中，我得到了下面的代碼與gcc：

.globl _switcher 
_switcher: 
LFB2: 
    pushq %rbp 
LCFI0: 
    movq %rsp, %rbp 
LCFI1: 
    movl $0, -4(%rbp) 
L2: 
    cmpl $0, -4(%rbp) 
    je L3 
    movq _foo@GOTPCREL(%rip), %rax 
    movl $-1717986919, (%rax) 
    movl $429496729, 4(%rax) 
    jmp L5 
L3: 
    movq _foo@GOTPCREL(%rip), %rax 
    movl $1486032295, (%rax) 
    movl $266508246, 4(%rax) 
L5: 
    cmpl $0, -4(%rbp) 
    sete %al 
    movzbl %al, %eax 
    movl %eax, -4(%rbp) 
    jmp L2 
LFE2: 

所以這樣看來，gcc並使用32位movl指令集和32位立即值。有一個指令movq可以將一個64位寄存器移動到內存（或內存到64位寄存器），但它似乎不能設置移動一個立即值到內存地址，所以編譯器被強制要麼使用一個臨時寄存器，然後將該值移至內存，或者使用movl。您可以嘗試通過使用臨時變量強制它使用一個寄存器，但這可能不起作用。

參考文獻：

• mov
• movq

Answer 2

英特爾CPU文檔右對齊8個字節的讀/寫操作總是原子最近的硬件（即使在32位操作系統）。

你不告訴我們，你在32位系統上使用64位硬件嗎？如果是這樣，編譯器最有可能將8字節的寫入分割成兩個4字節的寫入。

只需查看目標代碼中的相關部分即可。

Answer 3

http://www.x86-64.org/documentation/assembly.html

內部指令的立即值保持32個比特。

編譯器沒有辦法讓原子地分配一個64位的常量，除了先填充一個寄存器然後將該寄存器移動到變量。這可能比直接分配給變量更昂貴，並且由於語言不需要原子性，所以不選擇原子解決方案。