如何确保 C 多线程程序从主内存中读取最新值？

如何解决如何确保 C 多线程程序从主内存中读取最新值？

假设线程 1（在 Core 0 中执行）更新一个全局变量，更新后的全局值缓存在 Core 0 的 L1 缓存中（未刷新到主内存）。然后线程 2 开始在 Core 3 中执行，它尝试读取全局变量，并从主内存中读取它（因为它没有缓存的值），所以线程 2 正在读取一个过时的值。

我知道在 C 中你可以使用 volatile 来强制编译器不从 CPU 寄存器中读取值，这意味着 volatile 变量将从缓存或主内存中获取它的值。在我上面的场景中，即使我用 volatile 声明了全局变量，最新的值仍然会缓存在 L1 缓存中，主内存仍然有一个旧的值会被线程 2 读取。 那我们怎么办解决这个问题？ 或者我的理解是错误的，使用 volatile 会使变量直接在主内存中更新，所以每次你尝试读/写一个易失性变量时，你直接从/向主内存读/写？

解决方法

在某种程度上，注意到您问题的前提存在缺陷的人是一个合理的答案。一般来说，这种情况很少发生，而且通常与竞争条件无法区分。

但是是的，它可能发生。例如，参见 memory barriers，这是一个很好的例子，说明了这种情况（尽管由于 OOO 执行等）是如何发生的。

话虽如此，您正在寻找以确保您注意到的特定 事件不会发生的称为“cache flush”。这在存在单独数据和指令缓存的 ARM/ARM64 处理器上可能非常重要，但了解以这种方式在线程之间传递的数据也是一个好习惯。您还可以查看执行类似任务的 __builtin___clear_cache c compiler builtin。希望其中之一可以帮助您找到问题的根源。

但是，您很可能没有遇到缓存问题，并且更有可能出现竞争条件。如果内存屏障/缓存刷新不能解决您的问题，请非常仔细地审核您的代码是否存在恶意。

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如何确保 C 多线程程序从主内存中读取最新值？

您可能想使用一些线程库，例如 POSIX 线程。阅读一些Pthread tutorial，查看pthreads(7)并使用pthread_create(3)、pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock、pthread condition variables等

另请阅读 GNU libc 和 C 编译器（例如 GCC，用作 gcc -Wall -Wextra -g）和调试器（例如 GDB）的文档。

准备好与Heisenbugs作战。

通常，您无法静态证明您的 C 程序没有竞争条件。见Rice's theorem。您可以使用 Frama-C 或 Clang static analyzer 等工具，或者编写自己的 GCC plugin，或者改进或扩展 Bismon 草稿报告中描述的 this。

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您不能确定您的程序从内存中读取了“最新”值。

（除非你添加一些汇编代码）

了解cache coherence protocols。