c - 我需要内存屏障吗？

Question

在下面的 C99 示例中，是否保证在读取或写入缓冲区后设置 buffer_full 标志(即使启用了 -O2 优化)？或者，我是否需要内存屏障来确保正确排序？

我希望它能在对齐的 32 位读写是原子的系统上运行。

假设每个线程只有一个实例正在运行，并且没有其他线程正在访问 buffer 或 buffer_full。

char buffer[100];
int buffer_full;

// write interesting data to the buffer. does not read.
void fill_buffer(char* buffer, size_t buffsz);
// read the interesting data in the buffer. does not write.
void use_buffer(const char* buffer, size_t buffsz);

void writer_thread()
{
    if (!buffer_full) {
        fill_buffer(buffer, sizeof(buffer));
        // is a memory barrier needed here?
        buffer_full = 1;
    }
}

void reader_thread()
{
    if (buffer_full) {
        use_buffer(buffer, sizeof(buffer));
        // is a memory barrier needed here?
        buffer_full = 0;
    }
}

Answer 1

我将您解释为询问编译器是否可以通过调用 fill_buffer() 和 read_buffer() 重新排序对 buffer_full 的赋值.只有在不改变程序的外部可观察行为的情况下，才允许进行此类优化(以及任何优化)。

在这种情况下，因为 buffer_full 有外部链接，编译器不太可能确定是否允许优化。如果 fill_buffer() 和 use_buffer() 函数的定义，以及它们自己调用的每个函数，等。与 writer_thread() 和 reader_thread() 函数在同一个翻译单元中，但这在某种程度上取决于它们的实现。如果符合标准的编译器不确定优化是否被允许，则它不得执行优化。

由于您的命名暗示这两个函数将在不同的线程中运行，但是，如果没有诸如内存屏障之类的同步操作，您就无法确定一个线程感知 对由不同线程执行的共享、非_Atomic、非volatile 数据的修改。

此外，如果一个线程写入一个非原子变量而另一个线程访问同一个变量(读取或写入)，那么就会发生数据竞争，除非同步操作或原子操作以每个可能的整体顺序介入两者之间操作。 volatile 变量在这里并没有真正的帮助(参见 Why is volatile not considered useful in multithreaded C or C++ programming? )。但是，如果您使 buffer_full 成为原子的，或者如果您在其上使用原子读写操作来实现您的函数，那么这将有助于避免不仅涉及该变量而且涉及 buffer< 的数据竞争 以及(对于您当前的代码结构)。