¿Cómo pueden los compiladores de C++ son compatibles con C++ 11 atómica, pero no es compatible con C++ 11 modelo de memoria

Question

Al observar el estado de implementación Clang y g ++ C++ 11 noté algo extraño:
soportan C++ 11 atomics, pero no son compatibles con el modelo de memoria C++ 11.
Estaba bajo la impresión de que debe tener el modelo de memoria C++ 11 para usar átomos. Entonces, ¿cuál es exactamente la diferencia entre la compatibilidad con Atomics y el modelo de memoria?
¿La falta de compatibilidad con el modelo de memoria significa que los programas legales de C++ 11 que usan std::atomic<T> no son consistentes?

referencias:
http://clang.llvm.org/cxx_status.html
http://gcc.gnu.org/gcc-4.7/cxx0x_status.html

Answer 1

Uno de los problemas es la definición de "ubicación de la memoria", que permite (y obliga al compilador a admitir) el bloqueo de diferentes miembros de la estructura por diferentes bloqueos. Hay un discussion about a RL problem caused by this.

Básicamente el problema es que tener un struct define así:

struct x { 
    long a; 
    unsigned int b1; 
    unsigned int b2:1; 
}; 

el compilador es libre de implementar escrito a b2 sobrescribiendo b1 también (y, al parecer, a juzgar por el informe, que hace). Por lo tanto, los dos campos deben estar bloqueados como uno. Sin embargo, como consecuencia del modelo de memoria C++ 11, esto está prohibido (bueno, no está realmente prohibido, pero el compilador debe asegurarse de que las actualizaciones simultáneas a b1 y b2 no interfieran; podría hacerlo mediante bloqueo o CAS-ing cada una tal actualización, bueno, la vida es difícil en algunas arquitecturas). Citando el informe:

he planteado el tema a nuestros chicos del CCG y me dijeron que: "C no no constituir dicha garantía, ni se puede bloquear de forma fiable los diferentes campos de la estructura con diferentes cerraduras si comparten regiones de memoria de tamaño de palabra naturalmente alineadas . El modelo de memoria C++ 11 garantizaría esto, pero eso no está implementado ni construye el kernel con un compilador C++ 11 ".

Niza información también se puede encontrar en el wiki.

Answer 2

No es tanto que no son compatibles con el modelo de memoria, pero que no lo hacen (aún) compatible con la API en la Norma para interactuar con la memoria modelo. Esa API incluye una cantidad de mutexes.

Sin embargo, tanto Clang como GCC han sido lo más conscientes posible de los subprocesos sin un estándar formal durante algún tiempo. No tiene que preocuparse por las optimizaciones moviendo las cosas al lado equivocado de las operaciones atómicas.

Answer 3

Supongo que el "Modelo de falta de memoria" en estos casos solo significa que los optimizadores se escribieron antes de que se publicara el modelo de memoria C++ 11, y podrían realizar ahora optimizaciones no válidas. Es muy difícil y lleva mucho tiempo validar las optimizaciones en comparación con el modelo de memoria, por lo que no es una gran sorpresa que los equipos clang/gcc aún no hayan terminado.

¿La falta de compatibilidad con el modelo de memoria significa que los programas legales de C++ 11 que usan std :: atomic arent seq son consistentes?

Sí, es una posibilidad. Es incluso peor: el compilador podría introducir carreras de datos en (de acuerdo con el estándar C++ 11) los programas libres de raza, p. introduciendo escrituras especulativas.

Por ejemplo, varios compiladores de C++ que se utilizan para realizar esta optimización:

for (p = q; p = p -> next; ++p) { 
    if (p -> data > 0) ++count; 
} 

se pudo obtener optimizado en:

register int r1 = count; 
for (p = q; p = p -> next; ++p) { 
    if (p -> data > 0) ++r1; 
} 
count = r1; 

Si todo p->data no son negativos, el código fuente original no escribieron a count, pero el código optimizado sí lo hace. Esto puede introducir una carrera de datos en un programa sin carreras, por lo que la especificación C++ 11 no permite dichas optimizaciones. Los compiladores existentes ahora deben verificar (y ajustar si es necesario) todas las optimizaciones.

Ver Concurrency memory model compiler consequences para más detalles.