独立于消耗原子负载的变量对操作有影响吗？

Question

众所周知，std::memory_order's 有 6 个，其中有 2 个：

• acquire-semantic 用于加载 - 避免重新排序 Load-Load 和 Load-Store
• 用于商店的发布语义 - 避免重新排序 Store-Store 和 Load-Store

即对于acquire-semantic，只有S = local1;可以在X.load(std::memory_order_acquire);之后执行：

static std::atomic<int> X;
static int L, S;
...

void thread_func() 
{
    int local1 = L;  // load(L)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S = local1;      // store(S)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    int x_local = X.load(std::memory_order_acquire);  // load(X)

    int local2 = L;  // load(X)-load(L) - can't be reordered with X
    S = local2;      // load(X)-store(S) - can't be reordered with X
}

但是load(X) 中的哪些重新排序可以用于消费语义？

static std::atomic<int *> X;
static int L1, L2, S1, S2;
static int L, S;
...

void thread_func() 
{
    int *x_ptr_local = new int(1);


    int local1 = L1;  // load(L1)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S1 = local1;      // store(S1)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    int dependent_x1 = *x_ptr_local;  // load(x_ptr)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!
    S = dependent_x1;                 // store(S)-load(X) - !!! can be reordered with X !!!

    x_ptr_local = X.load(std::memory_order_consume);  // load(X)

    int dependent_x2 = *x_ptr_local;  // load(X)-load(x_ptr) - can't be reordered with X
    S = dependent_x2;                 // load(X)-store(S) - can't be reordered with X

    int local2 = L2;  // load(X)-load(L2) - !!! can be reordered with X !!!
    S2 = local2;      // load(X)-store(S2) - !!! can be reordered with X !!!
}

真的吗，只有dependent_x2 的操作不能在X.load(std::memory_order_consume) 中重新排序？

所有带有变量L1、L2、S1、S2 和dependent_x1 的操作都可以在X.load(std::memory_order_consume) 中重新排序 - 即可以在X.load(std::memory_order_consume) 之前或之后执行，不是是吗？

Answer 1

memory_order_consume 用于保留对原子对象本身的数据依赖关系的顺序，而不使用像memory_order_acquire 引入的更重的同步。对于memory_order_acquire，在acquire 之后的所有 内存操作——取决于原子变量或其他——被禁止在它之前重新排序，而memory_order_consume 只禁止重新排序依赖指令。这对于诸如 ARM 和 PowerPC 等更弱排序的体系结构是有益的，它们保证了数据相关指令的排序，而无需显式屏障。

由于memory_order_consume 处理数据依赖关系，它的大多数用例都涉及std::atomic<T*>。生产者线程可以构建一个完整的数据结构，并使用memory_order_release将该数据结构的地址发布到原子指针。消费者线程然后使用memory_order_consume 加载原子指针，并且如果它们以数据依赖的方式使用指针，例如通过取消引用它，则可以与写入线程的存储建立数据依赖关系。该标准保证任何依赖加载都将反映编写器线程的存储。但是，由于原子变量的加载是通过memory_order_consume 完成的，因此从阅读线程的角度来看，不能保证自变量的状态。

在您的第一个示例中，memory_order_acquire 之后的所有负载都不能在它之前重新排序。但是，在您的第二个示例中，任何不依赖于 X 或其加载值的重新排序都是公平的游戏。也就是说，int dependent_x2 = *x_ptr_local;（以及来自dependent_x2 的相应负载）保证相对于X 保持有序，仅此而已。所有其他重新排序都是可能的。