OpenMP 原子和非原子读/写在 x86_64 上产生相同的指令

Question

根据 OpenMP 规范 (v4.0)，由于i 的不同步读/写，以下程序包含可能的数据竞争：

int i{0}; // std::atomic<int> i{0};

void write() {
// #pragma omp atomic write // seq_cst
   i = 1;
}

int read() {
   int j;
// #pragma omp atomic read // seq_cst
   j = i; 
   return j;
}

int main() {
   #pragma omp parallel
   { /* code that calls both write() and read() */ }
}

我想到的可能解决方案在代码中显示为 cmets：

1. 用#pragma omp atomic write/read保护i的读写，
2. 用#pragma omp atomic write/read seq_cst保护i的读写，
3. 使用std::atomic<int> 而不是int 作为i 的类型。

以下是 x86_64 上编译器生成的指令（在所有情况下都使用 -O2）：

GNU g++ 4.9.2:               i = 1;        j = i;
original code:               MOV           MOV
#pragma omp atomic:          MOV           MOV
// #pragma omp atomic seq_cst:  MOV           MOV
#pragma omp atomic seq_cst:  MOV+MFENCE    MOV    (see UPDATE)
std::atomic<int>:            MOV+MFENCE    MOV

clang++ 3.5.0:               i = 1;        j = i;
original code:               MOV           MOV
#pragma omp atomic:          MOV           MOV
#pragma omp atomic seq_cst:  MOV           MOV
std::atomic<int>:            XCHG          MOV

Intel icpc 16.0.1:           i = 1;        j = i;
original code:               MOV           MOV
#pragma omp atomic:          *             *
#pragma omp atomic seq_cst:  *             *
std::atomic<int>:            XCHG          MOV

* Multiple instructions with calls to __kmpc_atomic_xxx functions.

我想知道为什么 GNU/clang 编译器不会为 #pragma omp atomic 写入生成任何特殊指令。我希望有与std::atomic 类似的说明，即MOV+MFENCE 或XCHG。有什么解释吗？

更新

g++ 5.3.0 为#pragma omp atomic write seq_cst 生成MFENCE。这是正确的行为，我相信。没有seq_cst，它会产生普通的MOV，这对于非SC原子性来说已经足够了。

我的 Makefile 中有一个错误，g++ 4.9.2 也会为 CS 原子写入生成 MFENCE。对不起，伙计们。

Clang 3.5.0 没有实现 OpenMP SC 原子，感谢 Hristo Iliev 指出这一点。

Answer 1

有两种可能。

1. 编译器没有义务将包含数据竞争的 C++ 代码转换为错误的机器代码。根据机器内存模型，通常使用的指令可能已经是原子的和连贯的。将相同的 C++ 代码带到另一个架构中，您可能会开始看到编译指示导致 x86_64 上不存在的差异。

2. 除了可能导致使用不同的指令和/或额外的内存栅栏指令外，原子编译指示（以及std::atomic 和volatile）还限制了编译器自己的代码重新排序优化。它们可能不适用于您的简单情况，但您肯定会看到公共子表达式消除（包括在循环外提升计算）可能会受到影响。