Wie stellt „std::atomic' atomare Operationen in C-Parallelität sicher?

Das Konzept von std::atomic verstehen

Einführung

Parallelität in der Programmierung umfasst mehrere Threads, die gleichzeitig ausgeführt werden. Um die Datenintegrität sicherzustellen und Race Conditions zu verhindern, müssen bestimmte Vorgänge atomar sein, d. h., sie erfolgen ohne Unterbrechung oder Beeinträchtigung durch andere Threads. Hier ist der std::atomic<> kommt ins Spiel.

Atomar auf welcher Ebene?

Eine atomare Operation ist eine Operation, bei der die gesamte Schrittfolge unteilbar ist. In C std::atomic<> gewährt diese Garantie. Es ist jedoch wichtig, Folgendes klarzustellen:

• Einzelne Operationen an atomaren Objekten sind atomar:Das Zuweisen, Laden oder Speichern von Werten in einem atomaren Objekt ist garantiert atomar.
• Zusammengesetzte Operationen sind nicht unbedingt atomar: Operationen wie „a = a 12“ sind es nicht atomar, weil sie mehrere atomare Operationen (Laden, Hinzufügen und Speichern) nacheinander beinhalten.

Überladene Operatoren und atomare Operationen verstehen

• Verwendung von = für atomare Operationen: Überladene arithmetische Operatoren wie = ermöglichen atomare Operationen. Beispielsweise ist „value = 5“ atomar.
• Explizite atomare Operationen: Nicht-atomare Operationen können mithilfe expliziter Formen wie „value.fetch_add(5, std::memory_order_relaxed“ atomar gemacht werden )".

Untersuchung der Beispiel

Im Beispiel „a = a 12“ handelt es sich nicht um eine atomare Operation. Dazu gehört:

1. Atomisches Laden des Werts von a (a.load()).
2. Durchführen einer Addition außerhalb des atomaren Kontexts.
3. Atomisches Zurückspeichern des Ergebnisses in a (a.store()).

Aus diesem Grund ist die Verwendung von = der bevorzugte Ansatz für atomic Operationen.

Fazit

std::atomic<> kapselt Operationen, die über verschiedene Threads hinweg atomar sind. Es bietet eine präzise Kontrolle über Synchronisations- und Reihenfolgebeschränkungen und ermöglicht es Programmierern, das Verhalten ihres Codes explizit zu definieren. Dies ist entscheidend für die Einrichtung einer klar definierten Kommunikation und des Datenaustauschs zwischen Threads in gleichzeitigen Systemen. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass grundlegende Operationen an atomaren Objekten zwar atomar sind, zusammengesetzte Operationen jedoch möglicherweise nicht atomar sind, es sei denn, überladene Operatoren oder explizite atomare Funktionen werden verwendet.

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