修改 C++11 atomic bool 需要多少个时钟周期？答案

【问题标题】：How many clock cycles to modify C++11 atomic bool?修改 C++11 atomic bool 需要多少个时钟周期？
【发布时间】：2013-09-16 18:59:19
【问题描述】：

我想知道假设它使用最严格的内存模型设置，修改 std::atomic（或 atomic_flag）需要多少时钟周期？

【问题讨论】：

你遗漏了很多关键信息：什么处理器（架构、型号、类型），你修改它时的数据在哪里（缓存、主内存、另一个处理器的缓存），系统中还有多少其他处理器，这些处理器中有多少拥有原子变量的副本？
说 Linux Ubuntu 12.04、2.5 GHz 和 Intel 64 位架构。我想我关心的场景是该值已经在 L1 缓存中。然后还有另外两种情况：1）没有其他线程在运行，2）多个线程访问该变量，但为简单起见，假设只有一个生产者和消费者（绑定在不同的内核上）。
几十到几千之间...这不是一个足够好的答案吗？
这是一个有点傻的问题，答案是：0.5 到 1,000,000 个周期，取决于 a) 实现是否无锁 b) 是否存在拥塞，以及 c) 是否存在数据依赖。如果它是在没有拥塞和数据依赖的情况下的无锁实现，它以 CPU 可以启动新整数指令的速度运行（通常每个时钟 2-4 条）。对于数据依赖性，大约需要 20 个周期（或者在 NUMA 系统的不同内核上多 3-5 倍）。否则，由于拥塞或锁定，它需要......任何......数量的周期。
好吧，我想原子变量是无锁的，应该在活动线程到达它时立即执行。

【解决方案1】：

很难确定它实际需要多少个时钟周期。相反，我将尝试解释实际发生的情况，如果我们假设它是 x86 处理器（如评论中所述），并且运行时库使用“锁定”指令实现 atomic - 如果这些假设中的任何一个是错误的，那么就像俗话说的“所有赌注都关闭”：

当执行atomic 操作时，CPU 将首先确保它对（潜在的）缓存值具有“独占”访问权。这意味着向所有其他 CPU 发送一条消息，说“我是 it 这个变量”。然后每个其他 CPU 必须刷新其副本（如果已修改）并将值标记为“无效”，然后回复“我完成了”。

一旦所有处理器都说“我完成了”，主处理器就可以继续。这个过程，尤其是在具有大量 CPU（内核）的大型系统中，可能需要相当长的时间（数百或数千个周期）。

当然，CPU 可以通过知道没有其他 CPU 读取该值，或者没有其他 CPU 对该值发出写操作来优化这一点，在这种情况下，它可以非常快。

您也许可以通过编写一些代码来了解[在特定机器上]这有多糟糕，您可以在两个线程中循环循环例如 1 秒，尝试更新和读取相同的原子变量，看看它有多好/坏。然后尝试两个“更新”循环（这样你就可以在两个线程之间进行更新）。

【讨论】：

【解决方案2】：

这与访问未缓存的主内存大致相同。大约 100-1000 ns，或大约 100 个时钟周期。

【讨论】：