Concurrencia: atómica y volátil en el modelo de memoria C 11

Cuando varios subprocesos acceden simultáneamente a una variable global compartida, los subprocesos pueden escribir y leer desde la variable con diferentes copias almacenadas en caché en diferentes núcleos de procesador. Es posible que un hilo lea un valor obsoleto de su caché debido a la posible discrepancia entre los valores almacenados en los diferentes cachés.

Sin embargo, el estándar C 11 proporciona la biblioteca std::atomic para operaciones atómicas. , asegurando que el último valor se lea desde el otro caché. Esto se logra mediante un fuerte ordenamiento de la memoria, lo que garantiza que los cambios realizados por un subproceso sean visibles para otros subprocesos en un orden consistente.

Por otro lado, la palabra clave volátil simplemente indica que una variable no debe optimizarse mediante el compilador, pero no proporciona ninguna garantía de acceso atómico. Está diseñado principalmente para escenarios como E/S asignadas en memoria o manejo de señales.

En el contexto de variables compartidas entre subprocesos, como las siguientes:

std::atomic ai;

El comportamiento de los tipos volátiles y atómicos diferirá significativamente. volatile no garantiza el acceso atómico y su uso en combinación con std::atomic es redundante. Si la plataforma de hardware especifica lo contrario, volátil puede no tener relación con el acceso atómico o el orden de la memoria entre subprocesos.

Por otro lado, el tipo std::atomic proporciona orden de la memoria a través de varias opciones como std::memory_order_seq_cst , que impone un orden total único para todas las operaciones atómicas en todas las variables. Esto garantiza que se mantengan las restricciones de visibilidad y orden, y que los subprocesos no observarán valores obsoletos en un orden estrictamente definido.

Además, se pueden utilizar operaciones de lectura, modificación y escritura como exchange(), compare_exchange_strong() y fetch_add. () garantiza el acceso al valor más reciente. Al ejecutar estas operaciones dentro del mismo contexto de subproceso, los subprocesos observarán los valores actualizados en el orden correcto, evitando inconsistencias.

Trabajar con operaciones atómicas requiere una consideración y comprensión cuidadosas. Es recomendable investigar a fondo el material de referencia y el código existente para implementar de manera efectiva operaciones atómicas en el código de producción. En muchos casos, las esclusas pueden proporcionar una alternativa viable cuando los desafíos de las operaciones atómicas no son necesarios.