Intel Inspector 在我的自旋锁实现中报告了数据竞争

Question

我使用 Windows 中的 Interlocked 函数制作了一个非常简单的自旋锁，并在双核 CPU（两个线程递增一个变量）上对其进行了测试；

该程序似乎工作正常（每次都给出相同的结果，当不使用同步时情况并非如此），但 Intel Parallel Inspector 表示在 value += j（见下面的代码）。使用关键部分而不是我的 SpinLock 时，警告会消失。

我的 SpinLock 实现是否正确？这真的很奇怪，因为所有使用的操作都是原子的，并且有适当的内存屏障，它不应该导致竞争条件。

class SpinLock
{
   int *lockValue;
   SpinLock(int *value) : lockValue(value) { }

   void Lock() {
      while(InterlockedCompareExchange((volatile LONG*)lockValue, 1, 0) != 0) {
          WaitABit();
      }
   }

   void Unlock() { InterlockedExchange((volatile LONG*)lockValue, 0); }
};

测试程序：

static const int THREADS = 2;
HANDLE completedEvents[THREADS];
int value = 0;
int lock = 0; // Global.

DWORD WINAPI TestThread(void *param) {
    HANDLE completed = (HANDLE)param;
    SpinLock testLock(&lock);

    for(int i = 0;i < 1000*20; i++) {
        for(int j = 0;j < 10*10; j++) {
            // Add something to the variable.
            testLock.Lock();
            value += j;
            testLock.Unlock();
        }
    }
    SetEvent(completed);
}

int main() {
   for(int i = 0; i < THREADS; i++) {
        completedEvents[i] = CreateEvent(NULL, true, false, NULL);
   }
   for(int i = 0; i < THREADS; i++) {
        DWORD id;
        CreateThread(NULL, 0, TestThread, completedEvents[i], 0, &id);
   }

   WaitForMultipleObjects(THREADS, completedEvents, true, INFINITE);
   cout<<value;
}

Answer 1

Parallel Inspector 的 data race 文档建议使用临界区或互斥体来修复 Windows 上的竞争。其中没有任何内容表明 Parallel Inspector 知道如何识别您可能发明的任何其他锁定机制。

用于分析新颖锁定机制的工具往往是静态工具，它会查看代码中每条可能的路径，Parallel Inspector 的文档暗示它只执行一次代码。

如果您想尝试新的锁定机制，我在学术文献中看到的最常用的工具是Spin model checker。还有ESP，它可能会减少状态空间，但我不知道它是否适用于并发问题，还有mobility workbench，如果你可以用pi-calculus来解决你的问题，它会给出分析。英特尔 Parallel Inspector 看起来并不像这些工具那么复杂，而是旨在使用启发式方法检查常见问题。

Answer 2

对于与我有类似情况的其他穷人：英特尔确实提供了一组包含和库来完成这类事情。检查 Inspector 安装目录（您将在安装目录中看到 \include、\lib32 和 \lib64）以获取这些材料。关于如何使用它们的文档（截至 2018 年 6 月，尽管英特尔并不关心保持链接的一致性）：

https://software.intel.com/en-us/inspector-user-guide-windows-apis-for-custom-synchronization

有3个功能：

void __itt_sync_acquired(void *addr)
void __itt_sync_releasing(void *addr)
void __itt_sync_destroy(void *addr)

Answer 3

我很确定应该按如下方式实现：

class SpinLock
{
   long lockValue;
   SpinLock(long value) : lockValue(value) { }

   void Lock() {
      while(InterlockedCompareExchange(&lockValue, 1, 0) != 0) {
          WaitABit();
      }
   }

   void Unlock() { InterlockedExchange(&lockValue, 0); }
};