Функции для выполнения атомарных операций

Question

Существуют ли функции для выполнения атомарных операций (например, увеличение / уменьшение целого числа) и т. Д., Поддерживаемые C Runtime library или любыми другими служебными библиотеками?

Если да, то какие все операции можно сделать атомарными с помощью таких функций?

Будет ли выгоднее использовать такие функции, чем обычные примитивы синхронизации, такие как mutex и т. Д.?

ОС: Windows, Linux, Solaris и VxWorks

Answer 1

до C11

В библиотеке C их нет.

В Linux gcc предоставляет некоторые - ищите __sync_fetch_and_add, __sync_fetch_and_sub и так далее.

В случае Windows ищите InterlockedIncrement, InterlockedDecrement``, InterlockedExchange` и т. Д. Если вы используете gcc в Windows, я предполагаю, что он также имеет те же встроенные функции, что и в Linux (хотя я этого не проверял).

На Солярисе это будет зависеть. Предположительно, если вы используете gcc, он, вероятно, (опять же) будет иметь те же встроенные функции, что и в Linux. В противном случае есть плавающие библиотеки, но на самом деле ничего не стандартизировано.

C11

C11 добавил (разумно) полный набор атомарных операций и атомарных типов. Операции включают в себя такие вещи, как atomic_fetch_add и atomic_fetch_sum (и *_explicit версии того же самого, которые позволяют вам указать необходимую модель заказа, где стандартные по умолчанию всегда используют memory_order_seq_cst). Есть также fence функции, такие как atomic_thread_fence и atomic_signal_fence.

Типы соответствуют каждому из нормальных целочисленных типов - например, atomic_int8_t соответствует int8_t и atomic_uint_least64_t соответствует uint_least64_t. Это typedef имена, определенные в <stdatomic.h>. Чтобы избежать конфликтов с любыми существующими именами, вы можете опустить заголовок; сам компилятор использует имена в пространстве имен разработчика (например, _Atomic_uint_least32_t вместо atomic_uint_least32_t).

Answer 2

На всех поддерживаемых платформах вы можете использовать атомарные операции GLib . На платформах, в которых встроены атомарные операции (например, инструкции по сборке), glib будет их использовать. На других платформах он будет использовать мьютексы.

Я думаю, что атомарные операции могут дать вам ускорение, даже если мьютексы реализованы с их использованием. С мьютексом у вас будет как минимум две атомные операции (блокировка и разблокировка) плюс фактическая операция. Если атомная операция доступна, это одна операция.

Answer 3

«Выгодно» является ситуативным. Всегда производительность зависит от обстоятельств. Вы можете ожидать, что что-то чудесное произойдет, когда вы отключите мьютекс для чего-то подобного, но вы можете не получить никакой выгоды (если это не так популярно в случае) или ухудшить ситуацию (если вы случайно создадите «спин-блокировку») .

Answer 4

В Windows есть InterlockedExchange и тому подобное. Для Linux вы можете взять атомные макросы glibc - они переносимы (см. i486 atomic.h ). Я не знаю решения для других операционных систем.

Как правило, вы можете использовать инструкцию xchg на x86 для атомарных операций (также работает на двухъядерных процессорах).

Что касается вашего второго вопроса, нет, я не думаю, что использование атомарных операций будет быстрее, чем использование мьютексов. Например, библиотека pthreads уже реализует мьютексы с атомарными операциями, что очень быстро.

Answer 5

Не уверен, что вы подразумеваете под библиотекой времени выполнения C. Собственно язык или стандартная библиотека не предоставляют никаких средств для этого. Вам нужно будет использовать специфическую для ОС библиотеку / API. Кроме того, не обманывайте себя sig_atomic_t - они не такие, как кажется на первый взгляд, и полезны только в контексте обработчиков сигналов.