如何正确使用std::atomic_signal_fence()？

Question

cppreference.com把这个函数描述为“线程和执行在同一线程中的信号处理程序之间的障碍(fence)”。但我在互联网上没有找到任何示例。

我想知道以下伪代码是否正确地说明了std::atomic_signal_fence()的功能：

int n = 0;
SignalObject s;

void thread_1()
{
    s.wait();
    std::atomic_signal_fence(std::memory_order_acquire);
    assert(1 == n); // never fires ???
}

void thread_2()
{
    n = 1;
    s.signal();
}

int main()
{
    std::thread t1(thread_1);
    std::thread t2(thread_2);

    t1.join(); t2.join();
}

- xmllmx

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我认为信号处理程序是针对Unix系统类型信号的一种处理方式，具有特殊的线程规则。 - Tony The Lion

你的代码中没有任何信号处理程序，所以不，这段代码并没有展示出 atomic_signal_fence 的任何有意义的内容。 - Kerrek SB

有了适当的栅栏，就不需要使用volatile。这正是原子操作和栅栏的关键所在。 - Pete Becker

不需要volatile关键字，只要使用围栏或其他原子操作（使用适当的内存访问说明符），编译器就不允许这样做。在这种情况下，volatile是多余的。 - Pete Becker

signal_fence是一种“编译器屏障”，它可以防止编译器对内存操作进行重新排序/合并/提升，但永远不会发出硬件内存屏障指令。Jeff Preshing的博客非常好地解释了这个问题，如果您对内存排序方面还不确定，那么肯定要读一读。 - Peter Cordes

Answer 1

不，你的代码并没有展示出正确使用atomic_signal_fence。正如你引用的cppreference.com所说，atomic_signal_fence仅在信号处理程序和同一线程上运行的其他代码之间执行同步。这意味着它不会在两个不同的线程之间执行同步。你的例子展示了两个不同的线程。

C++规范对该函数包含以下注意事项：

注意：与atomic_thread_fence相同，禁止编译器优化和加载/存储的重新排序，但是原子线程屏障将插入的硬件屏障指令不会被发出。

注意：atomic_signal_fence可用于指定线程中执行的操作向信号处理程序变得可见的顺序。

下面是一个正确的示例，尽管可能没有激励作用:

static_assert(2 == ATOMIC_INT_LOCK_FREE, "this implementation does not guarantee that std::atomic<int> is always lock free.");

std::atomic<int> a = 0;
std::atomic<int> b = 0;

extern "C" void handler(int) {
    if (1 == a.load(std::memory_order_relaxed)) {
        std::atomic_signal_fence(std::memory_order_acquire);
        assert(1 == b.load(std::memory_order_relaxed));
    }

    std::exit(0);
}

int main() {
    std::signal(SIGTERM, &handler);

    b.store(1, std::memory_order_relaxed);
    std::atomic_signal_fence(std::memory_order_release);
    a.store(1, std::memory_order_relaxed);
}

如果遇到断言，它保证为真。

- bames53

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你的例子中，A和B一定是原子性的吗？ - Alex

@Alex 他们需要具有原子性。从技术上讲，如果没有原子性，几乎永远无法保证。 - curiousguy

Answer 2

在你的例子中，你想使用 std::atomic_thread_fence（生成机器代码以执行线程同步）；而不是 std::atomic_signal_fence（仅禁用原子变量上的编译器内存重排序优化）。

正如其他人所说，std::atomic_signal_fence 仅适用于与原子操作在同一线程上的信号（我相信这也适用于 Windows 上的结构化/向量化异常处理程序，但请勿引用我）。

- nfries