Atomare Datentypen

Ziel dieses Artikels ist es, die Summe aller Elemente eines Vektors zu bilden. Habe ich es im letzten Artikel mit einem Thread versucht, nütze ich dieses mal die volle Power meiner PCs. Ich verwende eine gemeinsame Summen-Variable, die von allen Threads gleichzeitig benutzt wird. Was bei ersten Hinsehen wie eine gute Idee klingt, ist bei genauerem Blick eine sehr naive Strategie. Überwiegt der Aufwand für die Synchronisation der Summen-Variable deutlich den Performanzvorteil der vier bzw. zwei CPUs.

Wie lassen sich die Werte eines std::vector am schnellsten zusammenaddieren? Diese Frage will ich in mehreren Artikeln nachgehen. Als Referenzwert soll dabei die Addition in einem Thread dienen. In weiteren Artikel gehe ich auf atomare Variablen, Locks, Tasks und threadlokale Daten ein.

Singletons lassen sich in vielen Variationen in C++11 threadsicher initialisieren. Dabei können vereinfachend gesprochen Zusicherung der C++-Laufzeit, Locks oder auch atomare Operationen verwendet werden. Mich interessiert vor allem in diesem Artikel die Antwort auf die Frage: Welche Performanzunterschiede bestehen zwischen den Variationen?

Mit der Acquire-Release-Semantik verlassen wir das Default-Speichermodell in C++. In der Acquire-Release-Semantik findet die Synchronisation nicht zwischen Threads, sondern zwischen atomaren Operationen auf der gleichen atomaren Variable statt.

Atomare Datentypen erlauben das Programm feingranular zu steuern und damit auch zu optimieren. Damit betreten wir aber die Domäne der Multithreading-Experten.

Mit der Relaxed-Semantik sind wir am Ende der Skala angelangt. Die Relaxed-Semantik ist das schwächste C++-Speichermodell und sichert nur zu, dass die Operationen auf atomaren Variablen atomar sind.

Mit der Acquire-Release-Semantik wird das C++-Speichermodell richtig spannend. Denn nun gilt es nicht mehr, die Synchronisation von Threads zu betrachten, sondern die Synchronisation auf der gleichen atomaren Variable in verschiedenen Threads.

In dem Artikel sequenzielle Konsistenz habe ich bereits das Defaul-Speichermodell vorgestellt. Dieses Modell, in dem die Aktionen aller Threads einer globalen Reihenfolge oder auch eines globalen Zeittaks folgen, besitzt einen großen Vorteil und einen großen Nachteil.

Mit diesem Artikel geht unsere Tour in das C++-Speichermodell ein Stückchen tiefer. Haben sich die bisherigen Artikel mit der Atomizität der atomaren Variablen beschäftigt, so geht es nun um die Synchronisations- und Ordnungsbedingungen von Operationen.