Wird das Ändern eines Zeigers in C als atomare Aktion betrachtet?

Wenn ich ein Multithread-Programm habe, das einen Cache-Speicher als Referenz liest. Kann ich diesen Zeiger durch den Hauptthread ändern, ohne zu riskieren, dass einer der anderen Threads unerwartete Werte liest.

Wie ich es sehe, werden die anderen Threads, wenn die Änderung atomar ist, entweder den älteren Wert oder den neueren Wert lesen; niemals zufälliger Speicher (oder Nullzeiger), richtig?

Ich bin mir bewusst, dass ich wahrscheinlich sowieso Synchronisierungsmethoden verwenden sollte, aber ich bin trotzdem neugierig.

Sind Zeigeränderungen atomar?

Update: Meine Plattform ist 64-Bit-Linux (2.6.29), obwohl ich auch gerne eine plattformübergreifende Antwort hätte 🙂

Wie andere bereits erwähnt haben, gibt es in der C-Sprache nichts, was dies garantiert, und es hängt von Ihrer Plattform ab.

Auf den meisten modernen Desktop-Plattformen ist das Lesen/Schreiben an einem wortgroßen, ausgerichteten Ort atomar. Aber das löst Ihr Problem nicht wirklich, da Prozessor und Compiler Lese- und Schreibvorgänge neu ordnen.

Beispielsweise ist der folgende Code fehlerhaft:

Thema A:

DoWork();
workDone = 1;

Thema B:

while(workDone != 0);

ReceiveResultsOfWork();

Obwohl das Schreiben an workDone atomar ist, gibt es auf vielen Systemen keine Garantie durch den Prozessor, dass der Schreibvorgang erfolgt workDone wird für andere Prozessoren sichtbar sein, bevor Schreibvorgänge über durchgeführt werden DoWork() sind sichtbar. Es kann dem Compiler auch freistehen, den Schreibvorgang neu zu ordnen workDone bis vor dem Aufruf an DoWork(). In beiden Fällen, ReceiveResultsOfWork() könnte anfangen, an unvollständigen Daten zu arbeiten.

Abhängig von Ihrer Plattform müssen Sie möglicherweise Speicherzäune usw. einfügen, um eine ordnungsgemäße Reihenfolge sicherzustellen. Dies kann sehr schwierig sein, um es richtig zu machen.

Oder verwenden Sie einfach Schlösser. Viel einfacher, viel einfacher als korrekt zu überprüfen und in den meisten Fällen mehr als performant genug.

Die C-Sprache sagt nichts darüber aus, ob Operationen atomar sind. Ich habe an Mikrocontrollern mit 8-Bit-Bussen und 16-Bit-Zeigern gearbeitet; jede Zeigeroperation auf diesen Systemen wäre potentiell nicht-atomar. Ich glaube, ich erinnere mich, dass Intel 386 (von denen einige 16-Bit-Busse hatten) ähnliche Bedenken aufwarf. Ebenso kann ich mir Systeme mit 64-Bit-CPUs, aber 32-Bit-Datenbussen vorstellen, die dann ähnliche Bedenken hinsichtlich nicht-atomarer Zeigeroperationen mit sich bringen könnten. (Ich habe nicht überprüft, ob solche Systeme tatsächlich existieren.)

EDIT: Michaels Antwort ist sehr lesenswert. Die Busgröße gegenüber der Zeigergröße ist kaum die einzige Überlegung in Bezug auf die Atomarität; es war einfach das erste Gegenbeispiel, das mir einfiel.

Du hast keine Plattform erwähnt. Also ich denke, eine etwas genauere Frage wäre

Sind Zeigeränderungen garantiert atomar?

Die Unterscheidung ist notwendig, da sich verschiedene C/C++-Implementierungen in diesem Verhalten unterscheiden können. Es ist möglich, dass eine bestimmte Plattform atomare Zuweisungen garantiert und dennoch innerhalb des Standards bleibt.

Ob dies in C/C++ allgemein garantiert ist, lautet die Antwort Nein. Der C-Standard gibt keine solchen Garantien. Der einzige Weg, um zu garantieren, dass eine Zeigerzuweisung atomar ist, besteht darin, einen plattformspezifischen Mechanismus zu verwenden, um die Atomarität der Zuweisung zu garantieren. Beispielsweise bieten die Interlocked-Methoden in Win32 diese Garantie.

Auf welcher Plattform arbeitest du?

Die Ausweichantwort lautet, dass die C-Spezifikation keine atomare Zeigerzuweisung erfordert, sodass Sie sich nicht darauf verlassen können, dass sie atomar ist.

Die eigentliche Antwort wäre, dass es wahrscheinlich von Ihrer Plattform, Ihrem Compiler und möglicherweise der Ausrichtung der Sterne an dem Tag abhängt, an dem Sie das Programm geschrieben haben.

Die ‘normale’ Zeigermodifikation ist nicht garantiert atomar.

überprüfen Sie ‘Compare and Swap’ (CAS) und andere atomare Operationen, kein C-Standard, aber die meisten Compiler haben einen gewissen Zugriff auf die Prozessorprimitive. im Fall von GNU gcc gibt es mehrere eingebaute Funktionen

Das einzige, was der Standard garantiert, ist der Typ sig_atomic_t.

Wie Sie aus den anderen Antworten gesehen haben, ist es wahrscheinlich in Ordnung, wenn Sie auf eine generische x86-Architektur abzielen, aber sehr riskant mit “Spezial”-Hardware.

Wenn Sie es unbedingt wissen wollen, können Sie sizeof(sig_atomic_t) mit sizeof(int*) vergleichen und sehen, was Ihr Zielsystem ist.

Es stellt sich heraus, dass es sich um eine ziemlich komplexe Frage handelt. Ich habe eine ähnliche Frage gestellt und alles gelesen, worauf ich hingewiesen wurde. Ich habe viel darüber gelernt, wie Caching in modernen Architekturen funktioniert, und nichts Definitives gefunden. Wie andere gesagt haben, könnten Sie in Schwierigkeiten geraten, wenn die Busbreite kleiner als die Bitbreite des Zeigers ist. Insbesondere dann, wenn die Daten über eine Cache-Line-Grenze fallen.

Eine umsichtige Architektur verwendet eine Sperre.