잘못된 공유가 여전히 비 원자성에 영향을 미치지 만 원 자성보다는 훨씬 적은 이유는 무엇입니까?

잘못된 공유 존재 를 증명하는 다음 예를 고려하십시오 .

using type = std::atomic<std::int64_t>;

struct alignas(128) shared_t
{
  type  a;
  type  b;
} sh;

struct not_shared_t
{
  alignas(128) type a;
  alignas(128) type b;
} not_sh;

한 스레드 a는 1 단계 씩 증가 하고 다른 스레드는 b. lock xadd결과가 사용되지 않더라도 증분 은 MSVC로 컴파일됩니다 .

구성 내용 a과 b분리되어, 몇 초에 축적되어있는 값에 대한 약 10 배 이상 not_shared_t보다 shared_t.

지금까지 예상 된 결과 : 별도의 캐시 라인이 L1d 캐시에서 핫 상태를 유지하고, lock xadd처리량에 병목 현상이 증가하고 , 잘못된 공유는 캐시 라인을 핑퐁하는 성능 재앙입니다. (편집자 주 : 최신 MSVC 버전 lock inc은 최적화가 활성화 된 경우 사용합니다. 이로 인해 경합과 비경쟁 간의 차이가 벌어 질 수 있습니다.)

이제 나는 using type = std::atomic<std::int64_t>;평범한std::int64_t

(비원 자적 증분은로 컴파일됩니다 inc QWORD PTR [rcx]. 루프의 원자 적로드는 컴파일러가 루프가 종료 될 때까지 레지스터에 카운터를 유지하는 것을 막습니다.)

에 대한 도달 횟수 not_shared_t는 여전히 for 보다 크지 shared_t만 이제 두 번 미만입니다.

|          type is          | variables are |      a=     |      b=     |
|---------------------------|---------------|-------------|-------------|
| std::atomic<std::int64_t> |    shared     |   59’052’951|   59’052’951|
| std::atomic<std::int64_t> |  not_shared   |  417’814’523|  416’544’755|
|       std::int64_t        |    shared     |  949’827’195|  917’110’420|
|       std::int64_t        |  not_shared   |1’440’054’733|1’439’309’339|

비 원자 사례가 성능면에서 훨씬 더 가까운 이유는 무엇입니까?

다음은 재현 가능한 최소 예제를 완성하기위한 나머지 프로그램입니다. (또한 MSVC를 사용하는 Godbolt 에서 컴파일 / 실행 준비 완료)

std::atomic<bool> start, stop;

void thd(type* var)
{
  while (!start) ;
  while (!stop) (*var)++;
}

int main()
{
  std::thread threads[] = {
     std::thread( thd, &sh.a ),     std::thread( thd, &sh.b ),
     std::thread( thd, &not_sh.a ), std::thread( thd, &not_sh.b ),
  };

  start.store(true);

  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));

  stop.store(true);
  for (auto& thd : threads) thd.join();

  std::cout
    << " shared: "    << sh.a     << ' ' << sh.b     << '\n'
    << "not shared: " << not_sh.a << ' ' << not_sh.b << '\n';
}