Гарантии благоприятных условий гонки в C ++

Проблема с гонкой данных не в том, что вы можете прочитать неверное значение на уровне машины. Проблема с гонкой данных заключается в том, что и компилятор, и процессор выполняют множество оптимизаций кода. Чтобы убедиться, что эти оптимизации верны при наличии нескольких потоков, им нужна дополнительная информация о переменных, которые могут совместно использоваться потоками. Такие оптимизации могут, например:

• переупорядочить операции
• добавить дополнительные операции загрузки и хранения
• удалить операции загрузки и сохранения

Есть хорошая статья Ханса Боэма о доброкачественных гонках данных под названием Как неправильно компилировать программы с "доброкачественной" гонкой данных. Следующий отрывок взят из этой статьи:

Двойная проверка на отложенную инициализацию

Хорошо известно, что это неверно на уровне исходного кода. Типичный вариант использования выглядит примерно так

if (!init_flag) {
    lock();
    if (!init_flag) {
        my_data = ...;
        init_flag = true;
    }
    unlock();
}
tmp = my_data;

Ничто не мешает оптимизирующему компилятору переупорядочить настройку my_data на настройку init_flag или даже увеличить нагрузку my_data до первого теста init_flag, перезагружая ее в условном выражении, если init_flag не был установлен. Некоторое оборудование, отличное от x86, может выполнять аналогичные переупорядочения, даже если компилятор не выполняет преобразование. Любой из них может привести к тому, что при окончательном чтении my_data будет обнаружено неинициализированное значение и будут получены неверные результаты.

Вот еще один пример, где int x - общая, а int r - локальная переменная.

int r = x;
if (r == 0)
    printf("foo\n");
if (r != 0)
    printf("bar\n");

Если бы мы только сказали, что чтение x приводит к неопределенному значению, тогда программа напечатала бы либо «foo», либо «bar». Но если компилятор преобразует код следующим образом, программа может также распечатать обе строки или ни одну из них.

if (x == 0)
    printf("foo\n");
if (x != 0)
    printf("bar\n");

вы можете использовать ОС Linux, в которой вы можете разветвить 2 или более дочерних процесса над родительским процессом в С ++, вы можете сделать оба для доступа к одной области памяти и, используя синхронизацию, вы можете достичь того, что хотите сделать -> Как разделить память между процессами fork ()?, http://en.wikipedia.org/wiki/Dekker 's_algorithm, http://en.wikipedia.org/wiki/Readers%E2%80%93writers_problem,

Один пример, который всегда будет приводить к участию в гонке: попросите два потока записать разные значения в одну и ту же переменную. Предположим, что

• поток один устанавливает переменную a в 1
• thread two устанавливает переменную a в 2

Вы получите состояние гонки даже с мьютексом, например, потому что

• если сначала выполняется поток 1, то вы получаете a = 1, затем a = 2.
• если сначала выполняется поток номер два, то вы получаете a = 2, затем a = 1.

Порядок потоков зависит от ОС, и нет гарантии, какой поток будет первым. В противном случае это было бы последовательным, и не нужно было бы делать это в отдельных потоках.

Теперь предположим, что у вас вообще нет синхронизации и вы выполняете a = a + 1 в первом потоке a = a + 2 во втором потоке. Начальное значение a равно 0.

При сборке генерируемый код копирует значение a в один регистр, прибавляет к нему 1 (в случае первого потока, в противном случае - 2).

Если у вас нет синхронизации вообще, вы можете иметь следующий порядок, например

• Thread1: значение a скопировано в reg1. reg1 содержит 0

• Thread2: значение a скопировано в reg2. reg2 содержит 0

• Thread1: добавлено значение reg1 1. Теперь содержит 1

• Thread2: добавлено значение reg2 2. Теперь содержит 2

• Thread1: добавлено значение reg1 1. Теперь содержит 1

• Thread2: добавлено значение reg2 2. Теперь содержит 2

• Thread1: значение reg1 помещается в a. Теперь a содержит 1

• Thread2: значение reg2 помещается в a. Теперь a содержит 2

Если у вас выполняется поток 1, затем последовательно поток 2, в конце будет = 3.

Теперь представьте, что a - это указатель, то есть адрес, так что, как вы знаете, получение неправильного адреса указателя может привести к сбою программы. Таким образом, неправильная синхронизация может вызвать сбой программы.

Имеет смысл?