Cómo solucionar el problema causado por el almacenamiento temporal de la CPU que provoca inconsistencia de datos.
En una arquitectura x86-64, hay 2 núcleos. Cada núcleo tiene un hilo que hace lo siguiente: compara-y-cambia un valor compartido (comprueba si el valor compartido es 0 y lo cambia a 1) y luego hace otra cosa. Después de eso, vuelve a configurar el valor en 0 (en un bucle), similar a un simple spinlock. Tengo un problema con eso. Si el núcleo 1 establece el valor en 1, el núcleo 2 está esperando ocupado (comprueba el valor) y luego el núcleo 1 establece el valor en 0, la CPU puede hacer lo siguiente en línea de tiempo (cuando el núcleo 1 establece el valor en 0):
tiempo 0: el núcleo 1 establece el nuevo valor en el búfer de almacenamiento y envía un mensaje de “invalidación de lectura” al núcleo 2
tiempo 1: el núcleo 2 recibe el mensaje y lo guarda en la cola de invalidación, envía un ACK al núcleo 1
tiempo 2: el núcleo 1 recibe el ACK y vacía el búfer de almacenamiento
tiempo 1.5 o 2.5: el núcleo 2 vacía la cola de invalidación
Así que si en el tiempo 0.5, el núcleo 1 lee el valor nuevamente, puede obtener los datos más nuevos, pero el núcleo 2 aún tiene los datos sucios. Esta es mi suposición, ¿entonces esto sucederá así? Si es “sí”, ¿cómo solucionar el problema? No creo que las barreras de memoria o el bus LOCK sean de ayuda, además, ¿la función std::atomic de C++11 tiene este problema?
davy.ai
Sí, este es un problema potencial con el multi-threading en la arquitectura x86-64. Para solucionarlo, debemos asegurarnos de que cuando un núcleo escribe en una variable compartida, los otros núcleos vean inmediatamente el valor actualizado. Esto se puede lograr mediante el uso de barreras de memoria u operaciones sincronizadas. Específicamente, necesitamos utilizar operaciones atómicas que garanticen tanto la lectura como la escritura sean atómicas y correctamente ordenadas.
C++11 proporciona varios tipos de variables std::atomic que se pueden utilizar para este propósito. Por ejemplo, std::atomic_flag es una variable atómica especializada que es útil para implementar spinlocks. Cuando std::atomic_flag se establece utilizando operaciones atómicas, cualquier hilo que acceda a la variable tiene la garantía de ver inmediatamente el valor actualizado.
En general, siempre es una buena práctica utilizar variables atómicas y mecanismos de sincronización adecuados al trabajar con memoria compartida en aplicaciones multi-hilo. Esto garantiza una sincronización adecuada y evita condiciones de carrera que pueden provocar un comportamiento inconsistente e impredecible del programa.