Что на самом деле гарантировано для изменчивого поля в c#?

Question

Я запутался с документацией для .NET / C# относительно ключевого слова volatile против System.Threading.Thread.VolatileRead / VolatileWrite и System.Threading.Volatile.Read/Write. Я пытаюсь понять, что именно гарантировано для изменчивого поля и что именно делают эти методы.

Я думал, volatile предоставляет семантику выпуска / приобретения, но документацию для Thread.VolatileRead / VolatileWrite заставляет меня задуматься, верно ли мое понимание.

Это справочник по языку для volatile: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/volatile

Добавление модификатора volatile гарантирует, что все потоки будет наблюдать изменчивые записи, выполненные любым другим потоком в порядке, в котором они были выполнены. Нет гарантии единого общего порядка изменчивых записей, как видно из всех потоков выполнения.

Пока что имеет смысл. Это языковая спецификация: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/language-specification/classes#volatile -поля

Для энергозависимых полей такая оптимизация переупорядочения ограничена:

Чтение энергозависимого поля называется изменчивое чтение. Изменчивое чтение имеет «приобретенную семантику»; то есть гарантированно произойдет до любых ссылок на память, которые появляются после нее в последовательности команд. Запись изменяемого поля называется изменяемой записью. У изменчивой записи есть "семантика выпуска"; то есть гарантированно произойдет после любых ссылок на память перед инструкцией записи в последовательности команд.

Эти ограничения гарантируют, что все потоки будут наблюдать энергозависимые записи, выполняемые любым другим потоком в том порядке, в котором они были выполнила. Соответствующая реализация не обязана обеспечивать одно общее упорядочение изменчивых записей, как видно из всех потоков выполнения.

Опять же, похоже, что volatile обеспечивает семантику освобождения / получения.

Но потом я смотрю документацию для Thread.VolatileRead: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.thread.volatileread?view=netframework-4.8#System_Threading_Thread_VolatileRead_System_Int64__

Считывает значение поля. Значение является последним, записанным любым процессором в компьютере, независимо от количества процессоров или состояния кэша процессора. ... В многопроцессорной системе VolatileRead получает самое последнее значение, записанное в ячейку памяти любым процессором. Для этого может потребоваться очистка кэшей процессора.

Для Thread.VolatileWrite:

Немедленно записывает значение в поле, так что это значение отображается для всех процессоров компьютера. .

Это выглядит более строгим, чем индивидуальное ограничение хранения / загрузки (освобождение / приобретение), в частности, часть, касающаяся очистки кэшей процессора, т.е. более строгая гарантия, чем просто volatile. Но затем тот же документ гласит:

В C# использование модификатора volatile в поле гарантирует, что весь доступ к этому полю использует VolatileRead или VolatileWrite

Так что мой Вопрос в том, что гарантировано для поля volatile относительно буфера хранилища - просто отпустите / заполучите или более сильные гарантии Thread.VolatileRead / Write? Или мое понимание о VolatileRead/Write неверно и совпадает с volatile?

Answer 1

1. Нет разницы между System.Threading.Thread.VolatileRead/VolatileWrite и System.Threading.Volatile.Read/Write - это идентичные вспомогательные методы, которые перед чтением или записью имитируют c полный барьер памяти (необязательно инструкция MFENCE). Вот внутренняя реализация:

public static void VolatileWrite(ref sbyte address, sbyte value)
{
  Thread.MemoryBarrier();
  address = value;
}

Переменная volatile использует (-ed) семантику получения / выпуска в устаревшей архитектуре процессора IA (Itanium) с более слабой моделью памяти.

При большинстве В популярной архитектуре x86 модификатор volatile позволяет избежать оптимизации компилятора, а также может использовать инструкции с префиксом lock для обеспечения согласованности.

В общем, компилятор может использовать различные приемы для соответствия с C# моделью памяти , которая гласит:

Никакие операции чтения или записи не могут двигаться до volatile чтения или после volatile write Все записи имеют эффект volatile write