Sind ganzzahlige Lese- und Schreibvorgänge in Multithread-C atomar?

Atomarer Zugriff auf Multi-Byte-Ganzzahlen in C-Threads: Eine differenzierte Antwort

In Multithread-Anwendungen kann der Zugriff auf gemeinsam genutzte Daten koordiniert werden herausfordernd sein. Betrachten Sie die Frage, ob Lese- und Schreibvorgänge einer Ganzzahl in C atomar sind.

Das Problem

Stellen Sie sich zwei Threads vor: einer aktualisiert und einer liest einen ganzzahligen Wert. Normalerweise ist die Reihenfolge der Lese- und Schreibvorgänge für diesen Statistikwert unwichtig. Es bestehen jedoch Bedenken hinsichtlich möglicher Unterbrechungen während Schreibvorgängen.

Betrachten Sie beispielsweise einen Wert, der auf 0x0000FFFF initialisiert wird. Wenn es auf 0x00010000 erhöht wird, besteht dann das Risiko eines Zwischenzustands von 0x0001FFFF, der Probleme verursachen könnte?

Die Antwort: Überlegungen zur Architektur

Die Antwort liegt in der Architektur des Systems. Auf einem IA32-Prozessor sind ausgerichtete Speicherschreibvorgänge atomar. Allerdings verhalten sich nicht ausgerichtete Schreibvorgänge je nach Caching-Setup möglicherweise anders.

• Einzelne L1-Cache-Zeile: Wenn der Speicher in dieselbe L1-Cache-Zeile fällt, sind Schreibvorgänge atomar.
• Geteilte L1-Cache-Zeile: Wenn der Speicher auf mehrere Cache-Zeilen verteilt ist, besteht die Gefahr einer Unterbrechung schreibt.

Die Busbreite zwischen CPU und RAM beeinflusst auch atomare Schreibvorgänge. Beispielsweise war ein 16-Bit-ausgerichteter Schreibvorgang auf einem 8086-Prozessor atomar, während derselbe Schreibvorgang auf einem 8088 nicht auf dessen 8-Bit-Bus zurückzuführen war.

Deklaration flüchtiger Variablen

In C ist es wichtig, gemeinsam genutzte Variablen als flüchtig zu deklarieren. Dies verhindert, dass der Compiler sie so optimiert, dass sie davon ausgehen, dass sie nie aktualisiert werden, und stellt so das korrekte Verhalten in Multithread-Szenarien sicher.

Fazit

Bestimmen der Atomizität ganzzahliger Lese- und Schreibvorgänge C-Threads erfordern eine sorgfältige Prüfung der Zielarchitektur und der Caching-Mechanismen. Bei nicht ausgerichteten Schreibvorgängen oder bei Systemen mit potenzieller Cache-Zeilenaufteilung können Synchronisierungsmechanismen erforderlich sein, um die Datenintegrität zu gewährleisten.

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