英特尔 Inspector 报告我的自旋锁实现中存在数据争用

2023-11-25

我使用 Windows 中的 Interlocked 函数制作了一个非常简单的自旋锁,并在双核 CPU(两个线程递增变量)上进行了测试;

该程序似乎工作正常(每次都给出相同的结果,但不使用同步时情况并非如此),但是英特尔并行检查器说有一个竞争条件值 += j(参见下面的代码)。当使用关键部分而不是我的 SpinLock 时,警告消失。

我的 SpinLock 实现是否正确?这真的很奇怪,因为所有使用的操作都是原子的,并且具有适当的内存屏障,并且它不应该导致竞争条件。

class SpinLock
{
   int *lockValue;
   SpinLock(int *value) : lockValue(value) { }

   void Lock() {
      while(InterlockedCompareExchange((volatile LONG*)lockValue, 1, 0) != 0) {
          WaitABit();
      }
   }

   void Unlock() { InterlockedExchange((volatile LONG*)lockValue, 0); }
};

测试程序:

static const int THREADS = 2;
HANDLE completedEvents[THREADS];
int value = 0;
int lock = 0; // Global.

DWORD WINAPI TestThread(void *param) {
    HANDLE completed = (HANDLE)param;
    SpinLock testLock(&lock);

    for(int i = 0;i < 1000*20; i++) {
        for(int j = 0;j < 10*10; j++) {
            // Add something to the variable.
            testLock.Lock();
            value += j;
            testLock.Unlock();
        }
    }
    SetEvent(completed);
}

int main() {
   for(int i = 0; i < THREADS; i++) {
        completedEvents[i] = CreateEvent(NULL, true, false, NULL);
   }
   for(int i = 0; i < THREADS; i++) {
        DWORD id;
        CreateThread(NULL, 0, TestThread, completedEvents[i], 0, &id);
   }

   WaitForMultipleObjects(THREADS, completedEvents, true, INFINITE);
   cout<<value;
}

并行检查器的文档数据竞赛建议使用关键部分或互斥锁来修复 Windows 上的竞争。其中没有任何内容表明 Parallel Inspector 知道如何识别您可能发明的任何其他锁定机制。

用于分析新颖锁定机制的工具往往是静态工具,它们会查看代码中的每个可能路径,Parallel Inspector 的文档暗示它只执行一次代码。

如果您想尝试新颖的锁定机制,我在学术文献中看到的最常用的工具是旋转模型检查器。还有ESP,这可能会减少状态空间,但我不知道它是否已应用于并发问题,以及移动工作台如果你能用圆周率微积分来表达你的问题,这将给出一个分析。英特尔 Parallel Inspector 似乎并不像这些工具那么复杂,而是旨在使用启发式方法检查常见问题。

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