В первой части этого цикла статей мы рассмотрели теорию, стоящую за одновременным доступом в моделях памяти, а также применение этой теории к простым чтениям и записям в память. Правда, этих примитивов оказывается недостаточны для построения высокоуровневых механизмов синхронизации вроде спинлоков, мьютексов и условных переменных. Хоть и полные барьеры памяти позволяют синхронизировать потоки с помощью приёмов, рассмотренных в предыдущей части (алгоритм Деккера), современные процессоры позволяют получить нужный эффект проще, быстрее и гибче — да, всё сразу! — с помощью операций compare-and-swap.

Для программистов ядра Linux операция обмена compare-and-swap выглядит так:

    T cmpxchg(T *ptr, T old, T new);

где T может быть либо числовым типом не больше указателя, либо указателем на что-нибудь. Так как в C нет обобщённых функций, то подобный полиморфизм реализуется макросами. cmpxchg() — это очень аккуратно реализованный макрос, который ведёт себя как функция (например, вычисляет аргументы только один раз). В Linux также есть макрос cmpxchg64(), который работает с 64-битными целыми числами и недоступен на 32-битных платформах.

cmpxchg() читает значение по указателю *ptr и, если оно равно old, то заменяет его на new. Иначе же после чтения ничего не происходит. Считанное значение возвращается как результат операции, независимо от того, произошла ли запись. И всё это выполняется атомарно: если другой поток одновременно с cmpxchg() записывает что-то по адресу *ptr, то cmpxchg() ничего не меняет. Либо old становится new, либо текущее значение остаётся нетронутым. Поэтому cmpxchg() называют атомарной операцией read-modify-write.

Описание моего опыта подключения трехфазного оборудования к однофазной сети. Коррекция коэффициента мощности.

В первых двух статьях цикла мы рассмотрели четыре способа упорядочить доступ к памяти: load-acquire и store-release операции в первой части, барьеры чтения и записи в память — во второй. Теперь пришла очередь познакомиться с полными барьерами памяти, их влиянием на производительность, и примерами использования полных барьеров в ядре Linux.

Рассмотренные ранее примитивы ограничивают возможный порядок исполнения операций с памятью четырьмя различными способами:

• Load-acquire операции выполняются перед последующими чтениями и записями.
• Store-release операции выполняются после предыдущих чтений и записей.
• Барьеры чтения разделяют предыдущие и последующие чтения из памяти.
• Барьеры записи разделяют предыдущие и последующие записи в память.

Внимательный читатель заметил, что одна из возможных комбинаций в этом списке отсутствует:

Один из участников моего семинара в рамках CppCon 2018 спросил меня: «Может ли std::thread быть прерван (interrupted)?». Мой ответ тогда был - нет, но это уже не совсем так. С C++20 мы можем получить std::jthread (в итоге все таки получили - прим. переводчика).

Позвольте мне развить тему, поднятую на CppCon 2018. Во время перерыва в моем семинаре посвященному параллелизму я побеседовал с Николаем (Йосуттисом). Он спросил меня, что я думаю о новом предложении P0660: Cooperatively Interruptible Joining Thread. На тот момент я ничего не знал об этом предложении. Следует отметить, что Николай является одним из авторов этого предложения (наряду с Хербом Саттером и Энтони Уильямсом). Сегодняшняя статья посвящена будущему параллелизма в C++. Ниже я привел общую картину параллелизма в текущем и грядущем C++.

Появившиеся в C++11 лямбды стали одной из самых крутых фич нового стандарта языка, позволив сделать обобщённый код более простым и читабельным. Каждая новая версия стандарта C++ добавляет новые возможности лямбдам, делая обобщённый код ещё проще и читабельнее. Вы заметили, что слово «обобщённый» повторилось дважды? Это неспроста – лямбды действительно хорошо работают с кодом, построенным на шаблонах. Но при попытке использовать их в необобщённом, построенном на конкретных типах коде, мы сталкиваемся с рядом проблем. Статья о причинах и путях решения этих проблем.

Задача состояла в подключении файлов: HTML, JS, CSS; без специальной подготовки. Так же неудобно подключать бинарные файлы (например картинки) конвертируя их в HEX. Так как не хотелось конвертировать в HEX или разделять на строки, искал способ подключения файла в адресное пространство программы.

В первой статье цикла мы познакомились с простыми неблокирующими алгоритмами, а также рассмотрели отношение “happens before”, позволяющее их формализовать. Следующим шагом мы рассмотрим понятие «гонки данных» (data race), а также примитивы, которые позволяют избежать гонок данных. После этого познакомимся с атомарными примитивами, барьерами памяти, а также их использованием в механизме “seqcount”.

С барьерами памяти некоторые разработчики ядра Linux уже давно знакомы. Первый документ, содержащий что-то похожее на спецификацию гарантий, предоставляемых ядром при одновременном доступе к памяти — он так и называется: memory-barriers.txt. В этом файле описывается целый зоопарк барьеров вместе с ожидаемым поведением многопоточного кода в ядре. Также там описывается понятие «парных барьеров» (barrier pairing), что похоже на пары release-acquire операций и тоже помогает упорядочивать работу потоков.

В этой статье мы не будем закапываться так же глубоко, как memory-barriers.txt. Вместо этого мы сравним барьеры с моделью acquire и release-операций и рассмотрим, как они упрощают (или, можно сказать, делают возможной) реализацию примитива “seqcount”. К сожалению, даже если ограничиться лишь наиболее популярными применениями барьеров — это слишком обширная тема, поэтому о полных барьерах памяти мы поговорим в следующий раз.

Лекции по курсу «Управление Техническими Системами» читает Козлов Олег Степанович на кафедре «Ядерные реакторы и энергетические установки» факультета «Энергомашиностроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана. За что ему огромная благодарность!

Данные лекции готовятся к публикации в виде книги, а поскольку здесь есть специалисты по ТАУ, студенты и просто интересующиеся предметом, то любая критика приветствуется.

В предыдущих сериях:
1. Введение в теорию автоматического управления.
2. Математическое описание систем автоматического управления 2.1 — 2.3, 2.3 — 2.8, 2.9 — 2.13.
3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕНЬЕВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (РЕГУЛИРОВАНИЯ).
3.1. Амплитудно-фазовая частотная характеристика: годограф, АФЧХ, ЛАХ, ФЧХ.

3.2. Типовые звенья систем автоматического управления (регулирования). Классификация типовых звеньев. Простейшие типовые звенья.

3.3. Апериодическое звено 1–го порядка (инерционное звено). На примере входной камеры ядерного реактора.

Тема сегодняшней статьи:

3.4. Апериодическое звено второго порядка.

Как всегда будет жестко, познавательно и интересно.

Это расшифровка-перевод доклада Саши Гольдштейна, признанного лучшим на конференции DotNext 2016 Piter. С годами этот доклад стал лишь актуальнее прежнего: появление Mac на ARM-процессорах — еще один пример, почему разработчикам сегодня нужно думать не только о x86-архитектуре.

Речь пойдет о проблемах, с которыми вы можете столкнуться при написании многопоточного кода, если вы думаете, что достаточно умны, чтоб спроектировать свои собственные механизмы синхронизации.

То, что подходит процессорам Intel на архитектурах x86 и x86-64, может не подойти другой архитектуре. Как только вы перенесете свой код на другой процессор, например, на ARM для iPhone и Android, есть вероятность, что он перестанет работать как надо. Проблемы могут быть как очевидными (воспроизводиться с первого-второго раза), так и не очень (возникать только раз в миллион итераций). Вполне вероятно, что такие баги могут добраться до продакшна. Сегодня .NET и, конечно, C++ можно использовать не только на Windows и Intel, но и на других платформах, так что доклад будет полезен многим разработчикам.

Дисклеймер: статья предназначена для продвинутых читателей. Смотрите на свой страх и риск. За частое упоминание барьеров памяти и изменения порядка исполнения инструкций она получила возрастное ограничение 18+.

Здравствуйте! Меня зовут Александр, я работаю инженером-программистом микроконтроллеров.

Пишу на С/С++, причем предпочитаю плюсы, ибо верую в их эволюционную неизбежность в embedded.

Мир встроенного ПО, язык С++ динамично развиваются, поэтому разработчикам важно не отставать и поддерживать свои скиллы и наработки актуальными моменту.

Я стараюсь следовать этому очевидному посылу, благо небожители ведущие С++ программисты и консультанты щедро делятся своим опытом и идеями на разных площадках (например здесь, или здесь).

Некоторое время назад я посмотрел мощный доклад Сергея Федорова про построение конечного автомата с таблицей переходов на шаблонах.