简单的C程序来说明乱序执行？

我正在运行x86,我想看到我的机器上无序执行导致的错误.我尝试写一个, based off this wiki article,但我总是看到“x的值是33”：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include <sys/types.h>

int x, f;

void *handler(void *ptr) { 
  while (f == 0); 
  // Expectation: Sometimes, this should print 11 due to out-of-order exec
  printf("value of x is %d \n", x);
  return NULL;
}

int main() {
     pthread_t thread1;
     while(1) {
       x = 11; f = 0;
       pthread_create(&thread1, NULL, handler, NULL);
       x = 33; 
       f = 1;
       pthread_join(thread1, NULL);
     }   
     return 0;
}

什么是最简单的c程序可以说明乱序执行错误？为什么这有时不打印“x的值是11”？

您尝试创建的效果不依赖于无序执行.这只是可以创建内存重新排序的事情之一.此外,现代x86执行无序执行,但使用其内存顺序缓冲区来确保存储提交到L1d /在程序顺序中变为全局可见. (因为x86的内存模型只允许StoreLoad重新排序,而不是StoreStore.)

内存重新排序与指令执行重新排序是分开的,因为即使有序CPU也使用存储缓冲区来避免在缓存未命中存储上停滞.

Out-of-order instruction execution: is commit order preserved?

Are loads and stores the only instructions that gets reordered?

如果x和f最终在不同的高速缓存行中,则有序ARM CPU上的C实现可以打印11或33.

我假设您编译时禁用了优化,因此您的编译器会有效地处理所有变量volatile,即volatile int x,f.否则为while(f == 0); loop将编译为if(f == 0){infloop; },只检查一次. (非原子变量的数据竞争UB允许编译器从循环中提升负载,但必须始终完成易失性负载.https://electronics.stackexchange.com/questions/387181/mcu-programming-c-o2-optimization-breaks-while-loop#387478).

生成的asm / machine代码中的商店将以C源顺序显示.

您正在编译x86,它具有强大的内存模型：x86存储是发布存储,x86负载是获取负载.您没有获得顺序一致性,但您可以免费获得acq_rel. (对于未经优化的代码,即使您不要求它也会发生.)

因此,在没有针对x86进行优化的情况下编译时,您的程序就相当于

_Atomic int x, f;

int main(){
    ...
    pthread_create
    atomic_store_explicit(&x, 33, memory_order_release);
    atomic_store_explicit(&f, 1, memory_order_release);
    ...
}

同样对于负载方面. while(f == 0){}是x86上的获取加载,因此让读取端等待直到看到非零f保证它也看到x == 33.

但是如果你为ARM或PowerPC这样的弱有序的ISA编译,则asm级别的内存排序保证允许StoreStore和LoadLoad重新排序,因此如果编译时没有优化,你的程序就可以打印11.

另见https://preshing.com/20120930/weak-vs-strong-memory-models/