C++ 忙着等待现代处理器的利弊

我正在使用busy waiting同步对关键区域的访问，如下所示：

while (p1_flag != T_ID);

/* begin: critical section */
for (int i=0; i<N; i++) {
 ... 
}
/* end: critical section */

p1_flag++;

并行代码的执行速度比串行代码快，但是没有我预期的那么多。使用VTune放大器评测并行程序我注意到在同步指令中花费了大量时间，即，

while（…）

和标志更新。我不知道为什么我在这些“指令”上看到如此大的开销，因为区域A与区域B完全相同。我最好的猜测是，这是由于缓存一致性延迟：我使用的是Intel i7常春藤桥接机，这种微体系结构解决了L3的缓存一致性。VTune还告诉我们，

while（…）

指令正在消耗所有前端带宽，但为什么呢

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澄清问题：为什么

而（…）

和更新标志指令占用了这么多执行时间？为什么

而（…）

指令会使前端带宽饱和？

在多线程应用程序中，忙等待几乎从来都不是一个好主意

当您忙着等待时，线程调度算法将无法知道您的循环正在等待另一个线程，因此它们必须分配时间，就像您的线程正在做有用的工作一样。处理器需要花费时间反复检查变量，直到它最终被另一个线程“解锁”。同时，您的另一个线程将被您繁忙的等待线程一次又一次地抢占，毫无意义

如果调度程序是基于优先级的，而繁忙等待线程的优先级更高，则这是一个更糟糕的问题。在这种情况下，低优先级线程永远不会抢占高优先级线程，因此会出现死锁情况

您应该始终使用信号量、互斥对象或消息来同步线程。我从来没有见过这样的情况，忙碌的等待是正确的解决方案

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当您使用信号量或互斥量时，调度器知道在释放信号量或互斥量之前永远不会调度该线程。因此，您的线程永远不会从执行实际工作的线程上花费时间。

您所支付的开销很可能是由于在核心缓存之间来回传递sync变量造成的

缓存一致性表明，当您修改缓存线（p1_flag++）时，您需要对其拥有所有权。这意味着它将使其他内核中存在的任何副本无效，等待它将其他内核所做的任何更改写回共享缓存级别。然后，它将在

M

状态下向请求核心提供线路，并执行修改

然而，另一个核心会一直在读这一行，读到这一行会窥探第一个核心并询问它是否有这一行的副本。由于第一个核心持有该行的

M

副本，它将被写回共享缓存，核心将失去所有权

现在这取决于HW中的实际实现，但是如果在实际进行更改之前对线路进行了窥探，那么第一个核心将不得不再次尝试获得它的所有权。在某些情况下，我想这可能需要多次尝试

如果设置为使用忙等待，则至少应该在其中使用一些暂停

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：

\u mm\u pause

intrisic，或者干脆

\u asm（“暂停”）

。这将为另一个线程提供一个获得锁的机会，并使您不再等待，同时减少繁忙等待中的CPU工作（一个无序的CPU会用这个繁忙等待的并行实例填充所有管道，消耗大量的能量-暂停会序列化它，因此在任何给定时间只能运行一个迭代-消耗更少，效果相同）.

我不认为这适用于所有类型的系统。在某些情况下，您知道等待时间将非常短（几个周期），而将线程置于等待状态/等待调度程序出现的成本通常比仅仅旋转几个周期要高。Ben感谢你的回答。然而Daupic是正确的。在某些情况下，忙碌等待几个周期比为上下文切换付出代价要好。正如我在问题中所说，a和B是相同的代码，我希望它们的执行时间几乎相同，因此我不希望执行while（…）的时间太长。@johntortgo：虽然我同意dauphic是正确的，但我（根本）不同意当然，这个例子是使用旋转锁的一个很好的例子。我用过，但典型的例子是一个设备驱动程序必须等待一个或两个周期的33 MHz PCI总线。@Jerry:如果我更改这个sync.directions以获得更“高级别”的指令开销甚至更大。关键区域内的代码是循环，因此我可以展开它们以分摊同步/控制开销，但这并没有消除问题（当然它减少了开销）@约翰托尔图戈：鉴于你似乎只是在保护一个全局，然后增加它，我的想法是完全避免外部锁，只是做一个原子增量。因为你显然使用C++， STD:：原子P1YAGLAG；< /COD>和刚才的代码> ++P1YFLAG；< /Cord>根本不需要任何保护。我猜是TW。o线程正在为同一缓存线的所有权而相互争斗。不过，我不是硬件级同步方面的专家。变量之间没有错误的共享。但是请注意，在两个线程都需要交换区域的时刻，同步变量是并发的。嗨，Leeor。我完全同意你的o观察！在实际更新之前，我没有考虑到缓存线可能在核心之间进行乒乓-您有多确定会发生这种情况？我考虑过使用

暂停

技巧，但是在将来，我想移植这个程序

Thread 1     Thread 2
   A        
   B            A
   A            B
   B            A
   A            B
   B            A
                B