Многопоточная атомарная видимость с прерыванием опроса

Содержание

Вопрос или проблема
Ответ или решение
Многопоточная атомарная видимость с использованием сигнала прерывания
Описание задачи
Проблема видимости данных
Рекомендации
Заключение

Вопрос или проблема

У меня есть два потока. Поток 2 заблокирован на опросе, который включает дескриптор прерывания. Поток 1 записывает в дескриптор прерывания, чтобы разбудить поток 2. Поток 1 также записывает в атомарный булевый тип сразу перед пробуждением потока 2. Я хочу убедиться, что запись атомарного булевого типа потока 1 гарантированно видима для потока 2, когда поток 2 просыпается.

Если поток 1 записывает в атомарный булевый тип, используя memory_order_relaxed или memory_order_release, я предполагаю, что запись в дескриптор прерывания может быть пересортирована перед этим. Таким образом, поток 2 может проснуться, не увидев запись.

Является ли решением здесь использование блокировки вместо барьера памяти? Или иметь запись, а затем чтение сразу после этого с memory_order_acquire на потоке 1, чтобы гарантировать, что запись в дескриптор прерывания происходит после?

В настоящее время я храню атомарный тип в потоке 1 с memory_order_relaxed перед записью в дескриптор прерывания, чтобы разбудить поток 2, и это работает. Но я не уверен, что это гарантировано будет работать.

Ответ или решение

Многопоточная атомарная видимость с использованием сигнала прерывания

Когда вы работаете с несколькими потоками в многопоточном приложении, особенно когда используется механизм пробуждения другого потока, важно правильно понимать концепцию видимости данных и порядок операций. Вопрос, который вы поднимаете, касается взаимодействия между двумя потоками, одним из которых является Thread1, а другим — Thread2, когда Thread2 заблокирован на операции poll, ожидая прерывания.

Описание задачи

Ваша задача состоит в следующем: Thread1 записывает значение в атомарную булевую переменную перед тем, как вызвать запись в дескриптор прерывания, чтобы разбудить Thread2. Вы правильно отмечаете, что если вы используете memory_order_relaxed или memory_order_release для записи в атомарную переменную, это может привести к переупорядочиванию операций, что в свою очередь может вызвать ситуацию, при которой Thread2 может проснуться, не увидев последнее изменение в значении атомарной переменной.

Проблема видимости данных

По умолчанию, компилятор и процессор могут реорганизовывать операции, чтобы оптимизировать производительность, что может привести к тому, что записанное значение не будет доступно для Thread2 сразу после его пробуждения. Таким образом, гарантировать строгую последовательность выполнения операций между потоками нужно, учитывая следующие подходы:

Использование синхронизации: Наиболее надежным способом гарантировать, что изменения, произведенные в одном потоке, будут видимы в другом, является использование механизма синхронизации, такого как mutex. Это создает строгую последовательность между действиями потоков, и данные гарантированно будут видны после разблокировки.
Механизм памяти: Если вы хотите избежать использования блокировок, вы можете использовать memory_order_acquire в Thread2 для проверки значения атомарной переменной сразу после пробуждения. Однако для Thread1 вам нужно будет использовать memory_order_release при записи в атомарную переменную. Это гарантирует, что все изменения, выполненные до этой операции, станут видимыми для Thread2.

Рекомендации

Синхронизация с помощью mutex: Используйте std::mutex и std::lock_guard в Thread1, чтобы гарантировать, что запись в атомарную переменную происходит в критической секции. После записи в атомарную переменную вы запустите запись в дескриптор прерывания:

std::mutex mtx;
std::atomic<bool> atomicFlag{false};

void Thread1() {
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        atomicFlag.store(true, std::memory_order_release);
    }
    // Записываем в дескриптор прерывания
}

В Thread2 считывание значения будет выглядеть следующим образом:

void Thread2() {
    while (true) {
        // Ждем, пока не будет доступен дескриптор события
        poll(&fds, 1, -1);
        // Проверяем атомарную переменную
        if (atomicFlag.load(std::memory_order_acquire)) {
            // Обработка состояния
        }
    }
}

Комбинированный подход с использованием атомарной памяти: Если повседневное использование блокировок критично для производительности, вы можете продолжить использовать атомарные переменные с подходящими memory_order:
```
atomicFlag.store(true, std::memory_order_release);
// Запись в дескриптор прерывания
```
Thread2 будет также считывать значение с помощью:
```
if (atomicFlag.load(std::memory_order_acquire)) {
    // Обработка состояния
}
```

Заключение

Использование атомарных переменных и их правильное использование с семантикой памяти позволяет достичь гарантированной видимости данных между потоками. Однако, учитывая, что вашей задачей является пробуждение потоков, и с учетом потенциального переупорядочивания операций, использование механизма блокировок (или корректного управления семантикой памяти) будет более предпочтительным для достижения стабильного и безопасного поведения в многопоточном окружении.